Что такое сателлит в автомобиле?

Принцип работы автомобильного дифференциала

Крутящий момент, создаваемый двигателем внутреннего сгорания, передается колесам с помощью различных механизмов – валов, шлицевых и шестеренчатых передач, дифференциалов. Последние вызывают наибольший интерес у любителей экстремальной езды по бездорожью, поскольку принимают участие в распределении мощности. Многие автолюбители слабо представляют работу данного узла, поэтому стоит рассмотреть вопрос, что такое дифференциал в автомобиле, объяснить его устройство и принцип действия.

Назначение механизма

Чтобы понять роль дифференциала, применяющегося в транспортных средствах всех типов, нужно рассмотреть конструкцию обычного планетарного редуктора, передающего усилие от карданного вала двум полуосям. Алгоритм работы агрегата прост:

  1. Кардан вращает хвостовик с косозубой шестеренкой на конце.
  2. От хвостовика крутится большая планетарная шестерня, соединенная с двумя полуосями.
  3. Крутящий момент передается от планетарной шестерни полуосям и закрепленным на концах колесам.

Без дифференциала редуктор поровну распределяет крутящий момент на 2 оси, в результате колеса вертятся с одинаковой скоростью. Такое разделение вполне годится для прямолинейного движения, которое в реальности встречается довольно редко – даже при езде по ровным участкам трассы автомобиль отклоняется от прямой линии.

Чтобы машина идеально прошла поворот, колеса одного моста должны вращаться с разными скоростями, поскольку внешнее катится по более широкой дуге. Простой редуктор, обеспечивающий одинаковое вращение обеих полуосей, на повороте заставит одну шину скользить, вторую – буксовать, что заметно ухудшает маневренность авто.

Справка. Проблема весьма актуальна для внедорожников с постоянным полным приводом. В данном случае крутящий момент делится не только между колесами, но и между осями, вращающими редукторы переднего и заднего моста.

Совмещенный с планетарным редуктором дифференциал нужен для изменения угловых скоростей правого и левого колеса в зависимости от крутизны поворота. Механизм автоматически распределяет крутящий момент на полуоси, позволяя колесным покрышкам совершать разное число оборотов при движении автомобиля по дуге. Без дифференциала нормальная эксплуатация транспортного средства невозможна по таким причинам:

  • недостаточная управляемость;
  • быстрое истирание шин;
  • ускоренный износ деталей редуктора, валов и полуосей.

Как работает свободный дифференциал?

Механизмами данного типа оснащается подавляющее большинство машин с приводом на переднюю либо заднюю ось. В первом случае узел размещается внутри коробки передач, во втором является частью планетарного редуктора заднего моста.

Конструкция планетарной передачи подразумевает использование шестеренок конической формы. Существуют и другие разновидности автомобильных редукторов – цилиндрические, конусно-цилиндрические и червячные.

Устройство дифференциала свободного типа предусматривает совмещение с главной передачей. Механизм заднего моста включает следующие детали:

  • хвостовик с конической ведущей шестерней, соединенный с карданным валом;
  • ведомая планетарная шестеренка;
  • корпус ведомой шестерни оборудован двумя проушинами, куда вставляются оси сателлитов;
  • сателлитные шестеренки конической формы;
  • ведомые шестерни полуосей;
  • подшипники;
  • корпус редуктора.

В легковых авто устанавливается 2 сателлита, на грузовиках – четыре.

Изучить принцип работы свободного дифференциала предлагается на примере:

  1. Пока машина едет прямо, колеса крутятся с одинаковой скоростью. Хвостовик вращает «планетарку» вместе с закрепленными на ней сателлитами, причем последние остаются неподвижными и передают равный крутящий момент обеим осям за счет давления на зубья.
  2. Автомобиль входит в поворот. Крутящиеся вместе с большой шестерней сателлиты начинают вращаться вокруг собственной оси, причем в разные стороны.
  3. Мощность на валу делится не пополам, а в зависимости от крутизны дуги. Благодаря комбинированному вращению сателлитов полуоси и колеса совершают разное число оборотов, машина успешно преодолевает поворот без проскальзывания и пробуксовки резины.

Дифференциал получил название свободного, поскольку передает больший крутящий момент на колесо, которое вращается легче. Понятно, что на повороте шина внутри дуги сопротивляется вращению, поэтому дифференциал отдает больше мощности другой оси – противоположное колесо крутится быстрее.

Примечание. Полноприводные авто и внедорожники оснащаются тремя дифференциальными разделителями мощности – межосевым (ставится в раздаточной коробке) и двумя межколесными.

Свободный механизм решает главную проблему, но создает побочную. Когда одна покрышка начинает контактировать со скользким покрытием – льдом, укатанным снегом, грязью, начинается пробуксовка. Причина – дифференциальный механизм, отдающий максимум мощности в сторону наименьшего сопротивления. Для предотвращения подобных ситуаций на многих автомобилях задействована временная блокировка дифференциала.

Разновидности механизмов

Чтобы избавиться от пробуксовок на скользком дорожном покрытии либо в условиях бездорожья, производители комплектуют транспортные средства дифференциальными устройствами следующих конструкций:

  • механизм свободного типа с принудительной блокировкой от привода;
  • частично блокирующийся дифференциал повышенного сопротивления;
  • самоблокирующаяся червячная передача типа Torsen.

В первом варианте применяется рассмотренный выше шестеренчатый узел, дополнительно оснащенный блокировочным устройством. Система функционирует просто: в случае необходимости водитель активирует привод, фиксирующий сателлиты в неподвижном состоянии. Крутящий момент начинает делиться ровно пополам, оси вращаются с одинаковой скоростью и транспортное средство успешно преодолевает проблемное место.

Принудительная блокировка межосевого дифференциала включается с помощью различных приводов:

  • механический – от рычага раздаточной коробки;
  • электрический;
  • пневматический;
  • гидравлический.

Аналогичные приводные элементы применяются для остановки и удержания сателлитов переднего либо заднего моста.

Автомобили дорогой комплектации производители оснащают антипробуксовочной системой. Она «обманывает» дифференциальное устройство другим способом: по сигналу датчика, фиксирующего быстрое вращение одного колеса, электроника отдает команду его притормозить. Тогда сателлитные шестеренки начинают передавать больше мощности на другую ось и авто прекращает «грестись» на месте.

Устройство повышенного сопротивления

Помимо сателлитов, ведущих и ведомых шестерен, дифференциал повышенного трения включает такие элементы:

  • корпус, жестко прикрепленный к планетарной шестеренке;
  • пакет фрикционных дисков, установленных на каждой полуоси;
  • стальные диски, чьи выступы зафиксированы в корпусе;
  • распорная пружина, вставленная между коническими шестернями полуосей.

Стальные и фрикционные диски (похожие применяются в сцеплении) установлены поочередно, первые вращаются вместе с корпусом, вторые – с осями. Конусообразная шестеренка надета на шлицы оси и способна смещаться на определенное расстояние. Пружина поддавливает 2 противоположных осевых шестерни.

Частичная блокировка дифференциала происходит следующим образом:

  1. На прямолинейном сухом участке дороги сателлиты неподвижны, а диски вращаются друг относительно друга.
  2. При попадании одной шины на скользкий участок начинается пробуксовка. Благодаря конусной форме зубьев шестеренки со стороны остановившегося колеса начнут взаимно отталкиваться.
  3. Шестерня полуоси сдвинется и сожмет пакет дисков. Возникнет сила трения, заставляющая ось вращаться вместе с корпусом напрямую от «планетарки» в обход сателлитов.

Подобное устройство самостоятельно регулирует степень блокировки – чем медленнее крутится покрышка с хорошим сцеплением, тем сильнее сжимаются диски и подается больше крутящего момента.

Самоблокирующиеся передачи Torsen

Принцип работы данных механизмов базируется на одной особенности червячной пары: шестеренка способна передавать вращение сателлиту, но обратное действие невозможно. Все шестерни, включая сателлитные, сделаны в виде цилиндров с косыми дугообразными зубьями. Всего в механизме применяется 3 пары червячных сателлитов, установленных вокруг шестеренок полуосей.

Самоблокирующийся дифференциал работает так:

  1. Во время прямолинейного движения червячные сателлиты ведут себя аналогично конусным – не крутятся сами, но вращают оси от главной передачи.
  2. На повороте число оборотов одной полуоси вырастет и она придаст вращение парам сателлитов – мощность начнет распределяться по-разному.
  3. Поскольку каждая пара сателлитов связана между собой прямозубой передачей, пробуксовка одного колеса исключается. Ось способна крутить свой сателлит, тот вращает соседний, который уже не может поворачивать вторую полуось. Механизм блокируется автоматически.

Устройство Torsen – самое надежное и передовое, но слишком дорогое, поэтому ставится на машины максимальной комплектации. В остальных применяются более доступные механизмы повышенного трения.

В среде любителей экстремальной езды по бездорожью известен простейший способ избежать пробуксовок – блокировка заднего дифференциала с помощью сварки. Сателлиты намертво привариваются к осям и всегда находятся в неподвижном состоянии. Правда, подобные автомобили предназначены только для езды по грунту и снегу – эксплуатировать их на твердом покрытии чересчур неудобно и дорого.

Что такое дифференциал в автомобиле (принцип работы, устройство и виды блокировок)

Привод на одно колесо в автомобилях не применяется, минимум на два, расположенные на одной оси. Таким образом, возникает необходимость в механизме, распределяющем крутящий момент между ними. Та же задача появляется при попытке организовать полный привод, то есть связь между осями.

Зачем в машине нужен дифференциал

Назначение дифференциала – передать вращение на оба колеса или обе оси, при этом позволить им вращаться с разной скоростью.

Если между колёсами обеспечить жёсткую связь, то в поворотах возникнут проблемы. Каждое колесо движется по своей дуге окружности с разными радиусами. Соответственно, путь они проходят различный, и скорость вращения будет отличаться.

При жёсткой посадке на единую ось резина начнёт пробуксовывать, машина крайне неохотно входить в повороты, а все механизмы трансмиссии будут испытывать запредельные перегрузки.

Дифференциал развязывает ведущие колёса, позволяя им свободно менять скорость, при этом сохраняет передачу на них крутящего момента, разделив его в определяемом конструкцией соотношении.

Где находится

Межколёсные дифференциалы располагаются в одном картере с редуктором ведущего моста, а межосевые обычно внутри раздаточной коробки.

Смазываются они из единой с редуктором масляной ванны, иногда довольствуясь тем же маслом, что и гипоидная пара шестерён, но часто требуя дополнительных свойств от присадок, если конструкция подразумевает повышенное трение.

Читайте также  Как выбрать пылесос для автомобиля?

Из чего состоит

В состав самых распространённых дифференциалов входят:

  • корпус (коробка) дифференциала, к которой прикладывается входящий момент через ведомую шестерню главной пары;
  • шестерни полуосей, надеты на шлицы выходных валов, через них вращение передаётся на колёса;
  • сателлиты, это небольшие шестерни, вращающиеся на осях, связанных с коробкой и входящие в зацепление с полуосевыми шестернями.

В коробке может быть два и более сателлитов, их количество зависит от величины нагрузки, передаваемой через редуктор. В самых распространённых случаях конических сателлитов легковых автомобилей их обычно два, для тяжёлых машин повышенной проходимости (джипов) количество возрастает до четырёх.

Принцип работы

Крутящий момент от двигателя через коробку передач передаётся на корпус дифференциала. У заднеприводных автомобилей посредством карданного вала, при переднем приводе дифференциал обычно устанавливается внутри КПП, образующей в таком случае моноблок трансмиссии, из которого наружу выходят уже шарнирные полуоси к колёсным ступицам.

Далее характер работы зависит от траектории движения и наличия достаточных сцепных свойств дорожного покрытия.

При прямолинейном движении

Когда автомобиль движется прямолинейно по гладкой поверхности с твёрдым сухим покрытием, обе полуоси вращаются с одинаковой угловой скоростью. Полуосевые шестерни находятся в покое одна относительно другой, весь дифференциал сильно похож на монолитную конструкцию.

Сателлиты, будучи связанными через свои зубья с обеими полуосевыми шестернями, относительно своих осей не вращаются. Момент распределяется поровну между осями, если дифференциал симметричный и свободный, то есть лишён блокировок. Впрочем, с блокировками в таком идеальном случае будет то же самое.

При повороте

В повороте, а это обычный режим работы дифференциала, поскольку идеальных прямых в природе не существует, одно из колёс всегда будет вращаться быстрее. Сателлиты придут в движение относительно своих осей, но связь между полуосевыми шестернями и корпусом не утратят. То есть момент продолжит передаваться от корпуса к колёсам, причём всё в том же соотношении 50/50.

Это очень любопытно рассмотреть с точки зрения мощности. Момент одинаков, а скорость у внешнего от поворота колеса больше, то есть и мощность на него передаётся пропорционально большая.

И это неудивительно, так как чем больше скорость, тем выше потери, которые компенсируются добавкой мощности. При этом ни малейших помех вращению колёс с разной скоростью создаваться не будет, в отличие от жёсткой связи.

При пробуксовке

Гораздо менее приятно дела обстоят в том случае, когда одно из колёс попало на относительно скользкий участок дороги и сорвалось в пробуксовку при разгоне. Сцепления с дорогой нет, а значит момент сопротивления покрытия резко падает. Но этот момент всегда равен тяговому, это закон физики. Значит и тяговый момент упадёт.

Свободный симметричный дифференциал делит тягу пополам между колёсами. Всегда 50/50. То есть при падении момента на одном до нуля, на втором он обнулится автоматически. Автомобиль начнёт терять скорость, а если речь идёт о трогании с места на льду или жидкой грязи, то он просто там и останется, не сумев выехать из засады.

В этом главный недостаток свободного дифференциала. Он может передать усилие только то, которое способно переварить колесо, находящееся в худших условиях. Даже если второе будет на сухом чистом асфальте, автомобиль никуда не поедет. Вся энергия уйдет на быстрое и бесполезное вращение буксующего колеса.

Виды дифференциалов

Конкретных реализаций дифференциалов много, если не говорить только о самом распространённом – коническом свободном. И классифицировать их можно по разным признакам.

Место установки

Для развязки колёс одной ведущей оси используется межколёсный дифференциал в редукторе ведущего моста. Если этот редуктор установлен в коробке передач переднеприводной машины – значит там и смонтирован дифференциал.

Некоторые машины оснащены постоянным полным приводом. Это означает, что он включён всегда. Но при этом оси могут иметь разную скорость, например, в том же повороте. И тогда в элемент трансмиссии, называемый раздаточной коробкой, внедряется межосевой дифференциал, работающий так же, как было рассмотрено в случае межколёсного.

Вид зубчатой передачи

По типу применяемых зацеплений дифференциалы подразделяются на:

  • самый распространённый – конический , по форме полуосевых шестерён и сателлитов;
  • цилиндрический , применяется значительно реже, но иногда по компоновочным и функциональным соображениям незаменим, напоминает планетарную передачу;
  • червячный , бывает построен разными способами, чаще всего этот тип зацепления используется в самоблокирующихся дифференциалах, червячные пары могут создавать значительное внутреннее трение.

От размеров и организации зубчатых пар зависит также и симметрия дифференциала. Иногда важно отправлять на одну ось больший момент, чем на вторую. Например, в некоторых версиях 4-matic от Mercedes 65% момента идёт на заднюю ось, 35 – на переднюю.

По принципу блокировки

Блокируемые дифференциалы лишены упомянутого выше главного недостатка по части проходимости и динамичного разгона при недостаточном сцеплении с дорогой.

Достигается это разными способами:

  • Дисковые блокировки и их менее эффективные разновидности LSD работают по принципу поджатия пакета фрикционных дисков по мере увеличения разности в скоростях между колёсами оси, в результате часть момента всё же поступает на ту сторону, где есть зацеп;
  • Червячные работают примерно так же, но несколько мягче, за счёт дополнительного проворота сателлитов червячного типа перед их упором торцами в корпус с последующей блокировкой относительного смещения полуосей, это самые распространённые типы самоблоков, различаются ориентацией сателлитов относительно оси;
  • Электронной блокировкой принято называть её имитацию, когда вывешенное колесо зажимается тормозными колодками и момент перебрасывается на загруженное, чем эта схема работает эффективней, тем больше потери, перегрузки и износ тормозов, тем не менее она часто спасает легковые машины и кроссоверы в трудной ситуации;
  • Вискомуфты могут выполнять роль как дифференциалов, так и их блокировок, в первом случае они включаются последовательно в линию передачи момента и могут её прерывать, а во втором – блокируют входной и выходной валы, препятствуя работе свободного дифференциала.

Самой эффективной блокировкой будет жёсткая механическая с электрическим или пневмоприводом. Именно так и сделано на лучших внедорожниках, там блокируются все три дифференциала, межосевой и два межколёсных.

Неисправности

Свободный дифференциал достаточно надёжен и сам не сломается. Но его очень часто ломает водитель своими паническими действиями при буксовании автомобиля.

Дело в том, что шестерёнки дифференциала работают на подшипниках скольжения, причём самых простейших. Они не рассчитаны на долгое и тяжёлое вращение под нагрузкой, когда крутится только одно колесо.

Антифрикционные шайбы перегреваются, зубья изнашиваются, появляются люфты и стуки, а при резкой остановке колеса, внезапно попавшего на асфальт после раскрутки, ломаются оси сателлитов и шлицевые соединения.

Ремонт чаще всего заключается в замене коробки дифференциала в сборе. Иногда можно поставить ремкомплект из шестерён и пальца с новыми регулировочными шайбами. Совсем редко обходятся только регулировкой подбором шайб.

Обслуживание

ТО исправного дифференциала сводится к замене масла в редукторе или раздатке. Никаких регулировочных или иных сервисных операций не предусмотрено, только ремонт при износе и поломках. На самоблоках иногда потребуется восстановить величину предварительного натяга подбором пакета пружинных шайб.

Обычно все дифференциалы повышенного трения требуют применения специального масла типа LSD (Limited Slip), но сейчас лучшие универсальные масла уже обладают подобными свойствами, о чём указано на этикетке.

В любом случае, лучше руководствоваться инструкцией изготовителя конкретного изделия.

Дифференциал подробно 2

Рис. 1. Конический дифференциал автомобиля
1 — ведомая шестерня;
2,7 — коробка дифференциала;
3, 6 — полуосевые шестерни;
4 — сателлиты;
5 — крестовина (ось) сателлитов.

Рис. 2. Цилиндрический дифференциал
1 — ведомая шестерня;
2,7 — коробка дифференциала;
3, 6 — полуосевые шестерни;
4 — сателлиты;
5 — крестовина (ось) сателлитов.
Ведущие колеса проходят при движении на повороте или по неровной дороге разные расстояния. Если оба колеса получают от двигателя вращение с одинаковой скоростью, то одно из них в таких условиях непременно будет проскальзывать. Установленный между колесами дифференциал позволяет им делать разное число оборотов. Он может иметь либо конические шестерни, как у большей части автомобилей, либо цилиндрические. Работают оба одинаково.
На повороте внутреннее колесо и связанная с ним через полуось дифференциальная шестерня 3 проходят меньший путь и вращаются медленнее. В свою очередь, сателлиты 4 перекатываются по замедлившей вращение шестерне 3 и вращаются вокруг своих осей. При этом они сообщают дополнительную скорость вращения другой дифференциальной шестерне 6 и внешнему колесу. Работа дифференциала характеризуется двумя свойствами, определяющими его достоинства и недостатки.
Первое свойство таково, что сумма оборотов дифференциальных шестерен (и связанных с ними полуосей) равна удвоенному числу оборотов дифференциальной коробки (или, иными словами, ведомой шестерни главной передачи). Это означает, что, когда одно колесо неподвижно, другое начинает вращаться вдвое быстрее. А если остановить машину трансмиссионным тормозом, то есть сообщить дифференциальной коробке нулевое число оборотов, полуоси (следовательно, и колеса) будут вращаться с одинаковой скоростью в разные стороны. Этим свойством пользуются опытные водители легковых автомобилей, чтобы развернуть машину на месте, не прибегая к помощи руля.
Второе свойство — распределение между дифференциальными шестернями (полуосями) поступающего к ним крутящего момента в заданном соотношении. В большей части конструкций он распределяется поровну, и подобные дифференциалы называют симметричными. Соотношение делают и иным — пропорциональным нагрузке а колеса. В этом случае дифференциал называют несимметричным.
Рассмотрим хорошо знакомый всем автомобилистам симметричный дифференциал ведущего моста. В силу второго свойства, когда одно из колес машины буксует и из-за отсутствия сцепления с грунтом не передает крутящего момента, механизм неумолимо сообщает другому колесу такой же, то есть нулевой момент. При этом свободное от нагрузки буксующее колесо быстро набирает обороты, а колесо, находящееся на твердом грунте, в соответствии с первым свойством механизма уменьшает свою скорость вращения и в конце концов останавливается. Как.видим, второе свойство дифференциала обусловливает большой недостаток, который ограничивает проходимость автомобиля. Для его устранения применяется блокировка действия дифференциала в момент начала буксования колёса.

Читайте также  Какой рекорд скорости на автомобиле?

Рис. 3.Механизм блокировки межосевого дифференциала
1 — ведомый вал, связанный с ведомой шестерней дифференциала;
2 — подвижная зубчатая муфта;
3 — коробка дифференциала;
4 — зубчатый венец ведомого вала.
Ручная блокировка осуществляется кулачковой или зубчатой муфтой 2, которая соединяет коробку 3 дифференциала и одну из дифференциальных шестерен и связанную с ней полуось 1. Однако, каким бы ни был привод блокирующего устройства (механический, пневматический, электрический), момент включения его определяется опытом и квалификацией водителя, который должен своевременно почувствовать начало буксования. Подчас после преодоления трудного участка он забывает или запаздывает выключить блокировку. Отсюда повышенные износ шин, расход топлива, дополнительные нагрузки на детали трансмиссии.

Рис. 4. Самоблокирующийся кулачковый дифференциал
1 — ведомая шестерня;
2 — коробка дифференциала;
3 — шлицевая обойма правой полуоси;
4 — сухарик;
5 — шлицевая обойма левой полуоси;
6 — крышка коробки дифференциала.
Сложнее и дороже автоматические блокирующие устройства, но за последнее время они получают все более широкое распространение. Среди десятков конструкций наиболее известны два типа самоблокирующихся механизмов — кулачковый и фрикционный. В кулачковом самоблокирующемся дифференциале два ряда сухариков 4 находятся в сепараторе, который связан с крышкой коробки дифференциала. Размещенные между обоймами 3 и 5, каждая из которых посредством шлицев соединена со своей полуосью ведущего моста, сухарики могут перемещаться в окнах сепаратора под действием кулачков на обоймах 3 и 5. Во время прямолинейного движения машины крутящий момент передается через ведомую шестерню 1 на крышку 6 коробки дифференциала и связанный с ней сепаратор, далее — на сухарики 4. Сухарики заклиниваются (сечение А—А на рис. 4) между кулачками обойм 3 и 5 и передают на них и, следовательно, на полуоси крутящий момент. Как только одно из колес (то есть одна из полуосей и обойм 3 и 5) начнет пробуксовывать или «забегать» на повороте, соответствующая обойма поворачивается относительно другой так (сечение Б—Б), что сухарики 4 свободно, без-заклинивания располагаются между их кулачками. Крутящий момент не передается, и обе обоймы (значит и оба колеса) могут поворачиваться независимо одна от другой. В следующий момент взаимное расположение обойм изменяется, и , сухарики заклиниваются между ними, вновь передавая крутящий момент. В этой конструкции на поворотах и при буксовании происходят попеременно пульсирующая передача крутящего момента и взаимное проворачивание колес. Такой механизм нередко можно встретить на автомобилях повышенной проходимости.

Рис. 5. Самоблокирующийся фрикционный дифференциал:
1 — фланец на коробке дифференциала для крепления ведомой шестерни;
2, 7 — шкворни крестовины;
3 — фрикцион;
4 — коробка дифференциала;
5 — обойма фрикциона;
6 — полуосевая шестерня;
8 — ось пальцев крестовин.
Фрикционные самоблокирующиеся дифференциалы работают на другом принципе. При движении по прямой они функционируют как обычные дифференциалы с коническими шестернями. Как только на повог роте или в начале пробуксовки одно из колес и связанная с ними полуосевая шестерня 6 начинают проворачиваться относительно другого колеса и шестерни, при вращении сателлитов дифференциала возникают направленные в противоположные стороны усилия. Поскольку крестовина дифференциала «Дана» состоит из двух независимых шкворней 2 и 7, то под действием этих усилий концы шкворней, .перемещаясь в фигурных пазах коробки 1 дифференциала, отодвигаются один от другого.
При этом через сателлиты и скользящие на шлицах полуосевые шестерни 5 они сжимают пакет фрикционных дисков 3. Каждый из двух пакетов выполняет роль блокировочной тормозной муфты, которая притормаживает полуосевую шестерню относительно коробки дифференциала тем больше, чем выше осевое усилие, создаваемое шкворнями. А оно, в свою очередь, пропорционально степени взаимного поворота полуосевых шестерен, то есть колес. Такие самоблокирующиеся дифференциалы, относительно сложные и дорогостоящие, применяют на легковых машинах, а также на гоночных и раллийных автомобилях.

Рис. 6. Межколесный симметричный конический неблонируемый дифференциал автомобиля «Руссо-Балт-С24-30» 1911 года. Принципиально конструкция узла за 70 лет не претерпела изменений:
1 — ведомая коническая шестерня;
2 — сателлит;
3 — дифференциальная шестерня;
4 — крестовина;
5 — коробка дифференциала;
6 — полуось.
Все эти разнообразные дифференциалы, конические и цилиндрические, симметричные и несимметричные, блокируемые и неблокируемые, могут быть использованы на автомобилях в качестве и межколесных и межосевых. Пока речь у нас шла о межколесных, которые применяются очень давно, и их базовая конструкция за последние 70 лет мало изменилась. Распространение внедорожных автомобилей со всеми ведущими колесами, трехосных грузовиков с колесной формулой 6X4 вызвало к жизни в 30-е годы так называемые межосевые дифференциалы, устанавливаемые в раздаточной коробке или в одном из ведущих мостов.

Для чего нужен межосевой дифференциал? На легковом автомобиле повышенной проходимости, трехосном грузовике с колесной формулой 6X4, трехосном внедорожном грузовике со всеми ведущими колесами ведущие мосты могут работать в разных по сцеплению колес с дорогой условиях, перекатываться через неровности, проходя в один и тот же момент разный по длине путь. Это означает, что возможны вращение колес одного ведущего моста относительно колес другого и их пробуксовка. Следовательно, в трансмиссию таких машин необходимо включать дифференциал между ведущими мостами так же, как и между ведущими колесами, и по тем же причинам предусмотреть устройство для их блокирования.
Для четырехосного внедорожного автомобиля могут потребоваться семь дифференциалов (четыре межколесных, два между парами ведущих мостов и.один центральный) с устройствами для их блокировки. Это усложняет конструкцию, и, естественно, нередко возникает компромиссное решение. На двух- и трехосных машинах в большинстве случаев применяется один межосевой дифференциал.

Рис. 7. Межосевой несимметричный цилиндрический блокируемый дифференциал:
1 — вал привода переднего моста;
2 — шлицевая муфта блокировки;
3 — шлицевой хвостовин коробни дифференциала;
4 — дифференциальная шестерня привода переднего моста;
5 — ведомая шестерня, объединенная с коробкой дифференциала;
б — дифференциальная шестерня привода заднего моста;
7 — вал привода заднего моста;
8 — сателлит.
Что же касается таких машин, как двухосные лесовозы, то у них нагрузка на заднюю ведущую ось при буксировке стволов деревьев вдвое больше, чем на переднюю. Поэтому межосевой несимметричный дифференциал часто делит между мостами крутящий момент в соотношении 2 : 1.
Дифференциальный механизм, как уже было сказано, давно известная конструкция. И тем не менее верно служит доныне, и из десятков тысяч запатентованных изобретений и авторских свидетельств на механизмы подобного назначения, появившихся с тех пор, лишь немногие выдерживают испытание на практике. Червячные самоблокирующиеся дифференциалы, обгонные роликовые муфты и другие устройства на некоторое время получали определенное распространение, но быстро становились достоянием истории.

Что такое дифференциал, для чего он нужен, и как устроен

Дифференциал как автомобильный механизм скоро отметит двухвековой юбилей, однако его конструкция за эти долгие годы хоть и совершенствовалась, но сохранила ключевые особенности. Что же такое дифференциал, и какую роль он выполняет в автомобиле?

Д ифференциал в автомобиле – это механизм, который позволяет передавать мощность и, следовательно, вращение от коробки передач к колесам, разделяя поток этой мощности на два, для каждого из колес одной оси, с возможностью изменять соотношение передаваемой к ним мощности, и, следовательно, позволяя колесам вращаться с разной скоростью. Проще говоря, дифференциал разделяет 100% мощности, передаваемой коробкой передач, на два потока для каждого из колес на одной оси, и эти потоки могут перераспределяться в зависимости от условий движений от 50:50 до 100:0.

Основное предназначение дифференциала – обеспечить возможность вращения колес на одной оси с разной скоростью с сохранением неразрывного потока крутящего момента. Для автомобиля это важно прежде всего в поворотах: ведь при движении по дуге колеса на внешней стороне поворота проходят больший путь, чем колеса на внутренней, а значит, должны вращаться с большей скоростью для сохранения стабильности машины.

Если же колеса на оси будут соединены жестко, то внутреннее колесо в повороте будет пробуксовывать. Для заднеприводного автомобиля это повышает риск заноса, а для переднеприводного радикально ухудшает управляемость и контроль автомобиля в повороте. Таким образом, обеспечение свободного и независимого вращения колес на одной оси с сохранением постоянства передачи на них крутящего момента от двигателя было одной из принципиальных задач с момента создания автомобиля – и это задача была успешно решена.

Дифференциал являет собой частный случай планетарной передачи. Физически он обычно представляет собой набор из четырех шестерней, вращение к которым передается пятой – ведомой шестерней главной передачи, объединенной с корпусом дифференциала, выполняющим роль водила. Главная передача – это набор из двух шестерней: ведущая получает вращение от КПП и передает его ведомой. Ведомая же шестерня главной передачи передает вращение через корпус на шестерни-сателлиты, а они, в свою очередь, находятся в зацеплении с солнечными шестернями, жестко закрепленными на приводных полуосях колес.

Читайте также  Сколько пассажирских мест в легковом автомобиле?

Когда автомобиль движется по прямой, шестерни-сателлиты неподвижны, и скорость вращения шестерни главной передачи равна скоростям вращения солнечных шестерней: колеса вращаются с одинаковой скоростью. В повороте же шестерни-сателлиты начинают вращаться, обеспечивая разницу скоростей солнечных шестерней и, следовательно, колес на внешней и внутренней стороне поворота.

Главным недостатком дифференциала одновременно является его главное преимущество – возможность передавать до 100% мощности на одно из колес. Исходя из этого, в условиях, когда одно колесо имеет недостаточное сцепление с поверхностью, основная часть мощности будет передаваться именно на него. Таким образом, порой даже имея одно колесо на поверхности с достаточным сцеплением, автомобиль не может тронуться с места.

Для устранения этой проблемы были разработаны разнообразные конструкции – дифференциалы с повышенным внутренним сопротивлением (так называемые самоблоки) и дифференциалы с принудительной блокировкой, ручной или автоматизированной. В зависимости от конструкции и назначения они могут как изменять перераспределение потока мощности в пользу колеса с хорошим сцеплением с поверхностью, так и полностью замыкать дифференциал, заставляя колеса на оси вращаться с одинаковой скоростью. Разные типы таких дифференциалов мы рассмотрим в отдельных материалах.

Виды, устройство и принцип работы дифференциала

Дифференциал – это механизм трансмиссии, распределяющий подводимый к нему крутящий момент между приводными валами и позволяющий колесам вращаться с разными угловыми скоростями. Особенно это заметно, когда машина проходит поворот. Дифференциал обеспечивает безопасное и комфортное вождение на сухой дороге с твердым покрытием. Однако если автомобиль покинет ее пределы и продолжит двигаться по пересеченной местности, а также в случае гололеда (и других тяжелых погодных условий) этот механизм может лишить автомобиль возможности передвигаться. О том, что такое дифференциал, как он устроен, в чем его вред для внедорожников и как с этим бороться – пойдет речь ниже.

  1. Дифференциал как часть трансмиссии
  2. Как устроен дифференциал
  3. Применение дифференциалов в зависимости от их видов
  4. Схема работы дифференциала
  5. При прямолинейном движении
  6. При повороте
  7. При пробуксовке
  8. Блокировка дифференциала и система курсовой устойчивости
  9. Безопасность прежде всего

Дифференциал как часть трансмиссии

Дифференциал в автомобиле — это механизм, распределяющий крутящий момент карданного вала трансмиссии между ведущими колесами передней или задней оси (в зависимости от типа привода), позволяя каждому из них вращаться без пробуксовки. В этом заключается основное назначение дифференциала.

Ведуший мост с дифференциалом в разрезе

При прямолинейном движении, когда колеса нагружены одинаково и имеют равную угловую скорость вращения – механизм работает в качестве передаточного звена. Если условия движения изменяются (поворот, пробуксовка) – нагрузка становится неравномерной. У полуосей появляется необходимость вращаться с разными скоростями, и, как следствие, становится необходимым распределить полученный крутящий момент между ними в определенном соотношении. Тогда узел выполняет вторую важную функцию: обеспечение безопасного маневрирования автомобиля.

Схема расположения дифференциала зависит от типа привода автомобиля:

  1. Передний привод – картер коробки передач.
  2. Задний привод – корпус ведущего моста.
  3. Полный привод – корпусы переднего и заднего мостов (для передачи крутящего момента ведущим колесам) или раздаточная коробка (для передачи крутящего момента ведущим мостам).

Дифференциал на автомобилях появился не сразу. Конструкторы первых «самодвижущихся экипажей» были очень озадачены плохой маневренностью своих изобретений. Вращение колёс с одинаковой угловой скоростью во время прохождения поворота приводило к тому, что одно из них начинало буксовать или, наоборот, полностью теряло контакт с дорогой. Инженеры вспомнили, что на ранних прототипах первых автомобилей, снабжаемых паровыми двигателями, было устройство, позволявшее избежать потери управляемости.

Механизм распределения вращающего момента изобрёл француз Онесифор Пеккёр. В устройстве Пеккёра присутствовали валы и шестерни. Через них крутящий момент от мотора поступал к ведущим колёсам. Но даже после применения изобретения Пёккера проблема пробуксовки колёс на поворотах не решилась полностью. Выявились недостатки системы. Например, одно из колес в какой-то момент терял сцепление с дорогой. Сильнее всего это проявлялось на обледенелых участках.

Пробуксовка в таких условиях часто приводила к авариям, поэтому конструкторы надолго задумались над тем, как предотвратить занос машины. Решение было найдено Фердинандом Порше. Он стал изобретателем кулачкового механизма, который ограничивал проскальзывание колёс ведущего моста. Немецкое устройство дифференциала нашло применение в автомобилях Volkswagen.

Как устроен дифференциал

Узел работает как планетарный редуктор. Принципиальное устройство дифференциала: шестерни полуосей (5) и сателлитов (4) размещены в чашке (3). Чашка (корпус) жестко соединена с ведомой шестерней (2), которая принимает крутящий момент от ведущей шестерни главной передачи (1). Корпус передает вращение посредством сателлитов полуосям, вращающим ведущие колеса. Разные угловые скорости обеспечиваются благодаря работе сателлитов. Величина крутящего момента остается неизменной.

Применение дифференциалов в зависимости от их видов

Устройства используют для передачи крутящего момента ведущим колесам и ведущим мостам автомобиля .

Грузовики и легковые автомобили всех типов приводов имеют межколесный дифференциал, передающий вращение колесам. Межосевой дифференциал, распределяющий крутящий момент между мостами, применяют исключительно в полноприводных машинах.

По типу применяемой зубчатой передачи различают следующие виды механизмов:

  1. конический;
  2. цилиндрический;
  3. червячный.

По количеству зубьев шестерен полуосей:

  1. симметричный;
  2. несимметричный.

Благодаря его свойству пропорционально распределять крутящий момент несимметричный дифференциал с цилиндрической передачей устанавливают между мостами полноприводных автомобилей.

Заднеприводные и переднеприводные автомобили оснащают коническим симметричным дифференциалом.

Червячная передача, являясь самой универсальной, используется во всех типах устройств со всеми приводами.

Схема работы дифференциала

Рассмотрим принцип, по которому работает симметричный межколесный конический дифференциал, распределяющий крутящий момент между колесами в трех различных условиях:

  1. прямолинейное движение;
  2. поворот;
  3. пробуксовка.

При прямолинейном движении

Прямолинейное движение характеризуется равномерным распределением нагрузки между колесами автомобиля. Они имеют одинаковую угловую скорость. Сателлиты, размещенные в корпусе, не вращаются вокруг своих осей. Они передают крутящий момент от ведомой шестерни главной передачи к полуосям через неподвижное зубчатое зацепление.

Работа дифференциала при повороте и прямолинейном движении

При повороте

Когда транспортное средство поворачивает, силы сопротивления и нагрузки распределяются следующим образом:

  • Внутреннее колесо, имеющее меньший радиус от центра поворота, испытывает сопротивление большей силы, чем наружное. Увеличенная нагрузка заставляет его снизить скорость вращения.
  • Наружное колесо, двигаясь по большему радиусу (большей траектории), наоборот, должно увеличить угловую скорость, чтобы автомобиль мог повернуть плавно, без пробуксовки.

Таким образом, колеса должны иметь разные угловые скорости. Замедление вращения полуоси внутреннего колеса приводит сателлиты в движение. Они, в свою очередь, посредством конической зубчатой передачи увеличивают скорость вращения полуоси наружного колеса. Крутящий момент, получаемый от главной передачи, остается неизменным.

При пробуксовке

Колеса автомобиля, движущегося даже прямолинейно по скользкой дороге или бездорожью, могут испытывать различную нагрузку: одно из них пробуксовывает, теряя сцепление с дорогой; другое, становясь более нагруженным, замедляется. Повторяется схема поворота. Только теперь она приносит вред: буксующее колесо может получить 100% принятого дифференциалом крутящего момента, а нагруженное вообще перестанет вращаться. Движение автомобиля прекратится.

Эти недостатки работы узла решаются различными способами:

  • ручной или автоматической блокировкой;
  • внедрением системы курсовой устойчивости.

Блокировка дифференциала и система курсовой устойчивости

Чтобы крутящий момент полуосей снова стал одинаковым, нужно блокировать действие сателлитов или обеспечить его передачу от чашки на нагруженную полуось.

Это особенно актуально для машин повышенной проходимости, имеющих полный привод 4Х4. Не только потому что они предназначены для езды по местности с тяжелыми дорожными условиями. Стоит машине, оснащенной тремя дифференциалами (два межколесных, один межосевой), хотя бы в одной из четырех точек потерять сцепление – величина крутящего момента остальных колес устремится к нулевому значению, и машина откажется ехать.

Избежать неприятностей помогает блокировка, которая может быть либо частичной, либо полной (зависит от степени перераспределения усилий между полуосями), а также либо ручной, либо автоматической (зависит от степени контроля со стороны водителя).

Хорошо себя зарекомендовали самоблокирующиеся дифференциалы, распределяющие крутящий момент, учитывая его разность на полуосях или исходя из значений угловых скоростей.

Наиболее сложным совершенным способом устранить недостатки узла является электронная блокировка, реализуемая на базе системы курсовой устойчивости, датчики которой контролирует все необходимые параметры во время движения автомобиля. На основе полученных данных работа автомобиля корректируется автоматически.

Безопасность прежде всего

Дифференциал создан для обеспечения безопасного комфортного маневрирования на трассе. Описанные выше недостатки касаются езды в экстремальных условиях, а также по пересеченной местности. Поэтому если на автомобиле установлен привод ручной блокировки, использовать его нужно исключительно в соответствующих дорожных условиях. А шоссейные автомобили, которые сложно «уговорить» ехать медленнее 100 км/час, эксплуатировать без дифференциала вообще невозможно и даже опасно. Такой вот нехитрый, но бесконечно важный механизм в трансмиссии.