Блокировка межосевого дифференциала: что это такое

Блокируемые дифференциалы

Проблема правильного распределения крутящего момента между ведущими колесами привлекает внимание конструкторов на протяжении всей истории автостроения.

Сегодня в вопросах повышения тягово-динамических свойств автомобиля нетрадиционные механизмы распределения мощности активно конкурируют с классическими планетарными дифференциалами.

Мы изучили некоторые особенности современных ведущих мостов.

Судя по опубликованной в открытой печати информации, интерес конструкторов к проблеме распределения мощности между ведущими колесами постоянно возрастает. Это объясняется непрерывным совершенствованием конструкции автомобилей, повышением требований к их основным потребительским качествам.

В частности, к управляемости, устойчивости, тягово-динамическим и тормозным характеристикам, особенно при движении по дорогам с малым и неравномерно распределенным коэффициентом сцепления.

Если раньше такие требования предъявлялись лишь к спортивным и внедорожным автомобилям, то теперь они распространяются и на серийные модели самых разных категорий вплоть до магистральных тягачей и спецавтотехники.

Сегодня в грузовых трансмиссиях в качестве узлов, отвечающих за распределение крутящего момента, доминируют симметричные конические дифференциалы. Классическая конструкция состоит из корпуса, четырех свободно вращающихся сателлитов и двух полуосевых шестерен.

У симметричного межколесного дифференциала числа зубьев левой и правой полуосевых шестерен равны. По сути, это не что иное, как планетарный механизм, обладающий свойством равномерного распределения крутящего момента при любых угловых скоростях ведущих колес.

Равенство тягового усилия между левым и правым колесами является благоприятным при движении автомобиля по дорогам с твердым покрытием и относительно малым сопротивлением. В частности, это выражается в хорошей устойчивости и управляемости транспортного средства.

Однако если одно из ведущих колес, например правое, в начале движения находится на скользком участке дороги, то крутящий момент на нем уменьшается до значения, ограниченного коэффициентом сцепления колеса с дорогой. Такой же крутящий момент будет и на левом колесе, хотя оно и находится на поверхности с высоким коэффициентом сцепления.

Если суммарного момента будет недостаточно для движения, то автомобиль не тронется с места и одно из колес будет неподвижным, а другое — буксующим. При этом планетарный механизм играет роль редуктора, увеличивающего угловую скорость вращающегося колеса.

Кстати, аналогичное явление наблюдается и в распределении силы тяги между ведущими мостами многоприводных автомобилей с колесными формулами 6х4, 6х6, но это другая, более расширенная тема. Итак, как же заставить дифференциал перераспределить крутящий момент в пользу неподвижных колес?

Самый простой способ — принудительная блокировка. Для того чтобы полностью заблокировать классический дифференциал, достаточно либо ограничить возможность осевого вращения сателлитов, либо жестко соединить между собой чашку дифференциала с одной из полуосей.

Первый способ отличается компактностью и поэтому характерен для малотоннажной техники, а второй используется в ведущих мостах грузовиков — там, где нет дефицита свободного пространства.

Управление функцией блокировки реализуется при помощи пневматического, электрического или электрогидравлического привода. К примеру, в автомобиле «Урал-63674» механизм блокировки межколесного дифференциала имеет пневматический привод.

Он состоит из рабочего цилиндра, рычага, вилки и шлицевой муфты, скользящей на шлицах полуоси. При подаче воздуха в исполнительный механизм муфта соединяется шлицами с корпусом дифференциала и таким образом создает препятствие свободному вращению полуоси. Планетарный механизм оказывается заблокированным.

Обычно такой блокировкой пользуются при движении по бездорожью и снегу, а перед выездом на стандартное дорожное полотно ее отключают во избежание появления в трансмиссии повышенной циркуляции мощности и ухудшения управляемости автомобиля.

В отличие от пневматики, электропривод блокировки воздействует непосредственно на сателлиты. Например, в дифференциале Eaton ELocker, серийно устанавливаемом в мосты американского Hummer, компактная электромагнитная катушка расположена непосредственно в корпусе дифференциала.

При подаче управляющего напряжения электромагнитное поле перемещает замковое устройство, которое жестко соединяет между собой полуосевые шестерни, и ведущие колеса начинают вращаться с одинаковой скоростью.

Особая конструкция блокиратора допускает активацию механизма не только в статическом положении, но и при движении автомобиля.

Как правило, такое устройство дополняется электронным блоком управления — компьютер предохраняет механизм от неправильного включения, ведь разница частот вращения между левым и правым колесами в момент активации не должна превышать 50 мин-1.

Более сложными по исполнению являются электрогидравлические устройства. Наиболее известным из них является дифференциал EGerodisk. Здесь механизм блокировки состоит из масляного насоса, гидроцилиндра и комплекта фрикционных пластин, установленных между чашкой классического дифференциала и шестерней полуоси.

Корпус гидроцилиндра крепится к чашке дифференциала, а поршень — к полуоси. При активации системы гидравлическое усилие сжимает фрикционный пакет, блокируя тем самым шестерню полуоси с чашкой дифференциала. За счет полученного момента трения дифференциал плавно перераспределяет крутящий момент на отстающее колесо.

В зависимости от конкретных дорожных условий степень блокировки можно изменять в широких пределах. Так, высокий коэффициент блокировки, характерный при старте с места может снижаться по мере увеличения скорости автомобиля.

Время отклика системы на управляющую команду составляет порядка 150 мс, благодаря чему EGerodisk отменно взаимодействует с ABS и ASP. Сегодня такая система штатно устанавливается на внедорожники Chrysler.

Среди других устройств, использующих принцип фрикционной блокировки симметричного дифференциала, следует упомянуть механизмы MLocker и Elocker, у которых сдавливающее усилие в дисковом пакете создается механически — за счет взаимного проворачивания полуосевых шестерен относительно корпуса в момент пробуксовки.

Устройство работает автоматически и не требует какого-либо внешнего управляющего воздействия. Однако фрикционные дифференциалы особо требовательны к особому составу трансмиссионного масла, а свойственная этим механизмам небольшая степень блокировки (порядка 30%) существенно ограничивает сферу их применения.

В нашем случае правильнее такие дифференциалы причислить к разряду частично блокируемых. Кстати, именно эта ниша сегодня отличается наибольшим разнообразием конструктивных решений.

Например, в автомобилях повышенной проходимости наряду с классическими механизмами распределения крутящего момента получили распространения и так называемые дифференциалы повышенного трения, в конструкцию которых изначально заложена функция частичной блокировки дифференциала.

Среди частично блокируемых устройств прежде всего следует упомянуть кулачковый дифференциал повышенного трения, который использовался на автомобиле ГАЗ-66.

Основу механизма составляет пара звездочек с профилированными кулачками и расположенный между ними сепаратор с набором сухарей, выполняющих роль сателлитов. Звездочки соединены с полуосями, а сепаратор — с корпусом дифференциала.

При движении автомобиля в повороте или по неровной дороге сухари перемещаются в отверстиях обоймы и обеспечивают ведущим колесам автомобиля разную частоту. Вместе с тем механизм позволяет передавать больший крутящий момент на отстающее колесо в случае пробуксовки.

Кулачковые дифференциалы относительно просты по конструкции и имеют небольшую массу, но отличаются жесткой работой. Поэтому в настоящее время они главным образом находят применение в военной технике, а из гражданских примеров можно упомянуть автомобиль ГАЗ-3308 «Садко».

Естественно, что параллельно с собственными разработками автопроизводителей темой распределения мощности, подводимой к ведущим колесам, активно занимаются известные представители рынка автокомплектующих. Среди них такие компании, как Eaton, ZF, Borg Warner, JTEKT.

Именно из этой сферы вышла в свет одна из самых применяемых форм частичной блокировки дифференциала — червячно-винтовые механизмы. Известно несколько разновидностей таких устройств, а первым обозначенное направление открыло изделие под названием Torsen (от англ.

Torque sensing — «чувствительный к крутящему моменту»).

Конструкция дифференциала Torsen была предложена в США в середине 60-х годов, но серийное производство было начато почти 20 лет спустя, после того как одна из американских компаний разработала технологию и инструмент для его выпуска и построила для этого специальный завод в Бельгии.

С начала 80-х годов этот дифференциал начал использоваться на армейских автомобилях многоцелевого назначения семейства Hummer. Не вдаваясь в подробности устройства, отметим, что в данном случае блокирующие свойства дифференциала определяются различиями в прямом и обратном КПД червячной передачи и его зависимостью от величины передаваемого момента.

Максимальная степень блокировки может достигать 90%, а среди прочих особенностей дифференциалов Torsen — компактность и мгновенность появления блокирующего момента, что положительно отражается на динамике и курсовой устойчивости автомобиля.

Недостаток этой конструкции — сложность в изготовлении сателлитов и корпуса, а также сборки агрегата в целом, ремонта и обслуживания. Все это не лучшим образом влияет на конечную стоимость изделия.

Автором второго типа червячных дифференциалов является англичанин Род Квайф. Его фамилия закрепилась в названии типа, а среди специалистов механизм также известен как геликоидальный. Главная особенность конструкции — в расположении сателлитов.

Во-первых, они размещены в два ряда параллельно оси вращения корпуса, а во-вторых, не крепятся на осях, а находятся в закрытых с обеих сторон карманах корпуса. Правый ряд сателлитов входит в зацепление с правой шестерней полуоси, левый — с левой.

Когда одно из колес начинает отставать, связанная с ним полуосевая шестерня начинает вращаться медленнее корпуса и поворачивать входящий с ней в зацепление сателлит. Функционал основан на трении: в винтовом зацеплении возникают осевые и радиальные силы, прижимающие полуосевые шестерни и сателлиты торцами к корпусу и крышкам.

Блокирующие свойства дифференциала Quaife зависят от угла наклона зубьев шестерен. Так, изменяя на стадии проектирования геометрию зацепления, можно подогнать характеристику изделия к конкретной модели автомобиля, учитывая его техническую характеристику и условия эксплуатации.

Наконец, нельзя не упомянуть оригинальную конструкцию, предложенную российским инженером Валерием Красиковым. Основное отличие ДАК (дифференциал автоматический Красикова) в том, что роль сателлитов выполняют шарики, циркулирующие по специальным профилированным канавкам внутри корпуса.

В сравнении с дифференциалом Quaife, эта конструкция передает больший крутящий момент и менее чувствительна перегреву. В настоящее время опытная партия ДАК уже проходит испытания на ОАО «КамАЗ», а значит, есть основания полагать, что разработка Красикова будет полезна не только для джипов.

Словом, совершенствование конструкций механизмов распределения мощности и по сей день продолжается. Не исключено, что в дальнейшем будет наблюдаться появление новых типов устройств, которое значительно расширит область их применения.

Источник: http://5koleso.ru/content/blokiruemye-differencialy

Что такое блокировка межосевого дифференциала? Зачем и для чего она нужна?

В этой статье мы попробуем рассказать всем желающим о том, что такое блокировка межосевого дифференциала. Это действие предназначено, прежде всего, для повышения проходимости автомобиля.

В основном такой механизм устанавливают для заднего моста машины, и очень редко для передних мостов, потому что для этого есть весьма важные причины.

Как и у большинства сложных механизмов, у этой важной системы есть свои плюсы и минусы. Об этом мы поговорим несколько позже.

Что такое блокировка межосевого дифференциала, когда её применяют, а когда очень нежелательно использование этого устройства, и многие другие особенности, рассмотрим вместе с заинтересованными лицами. Для этого в первую очередь необходимо познакомиться с конструкцией этого узла и принципом его работы.

Что собой представляет дифференциал?
Это особый вид механизма, который служит для распределения крутящего момента двигателя к другим узлам и агрегатам трансмиссии.

На автомобиле их может быть несколько, так на обычных машинах он работает с ведущей осью, а варианты авто с полным приводом наделяются сразу тремя, это два межколёсные и один межосевой.

Он устроен так, что когда вдруг одно из ведущих колёс перестаёт вращаться, то второе начинает это делать с двойной частотой.

Такое явление происходит на скользких дорогах, мокрых, заснеженных и тому подобных. Продолжить движение в таком случае становиться невозможным, даже при увеличении частоты оборотов двигателя.

Ко второму колесу, которое имеет хорошую сцепляемость с дорогой, подаётся половинка передаваемого крутящего момента, а его явно недостаточно для продолжения движения.

Чтобы исключить такое явление, предназначена блокировка межосевых дифференциалов. Её можно выполнить несколькими способами.

Немного о принудительной блокировке
На всех машинах, предназначенных для движения в плохих дорожных условиях.

В обязательном порядке производится установка механизма, который может на некоторое время принудительно остановить вращение сателлитов.

Это делает водитель при помощи механического или пневматического способа отключения. После этого оба ведущих колеса имеют одинаковую частоту вращения.

Водителям следует учитывать один негативный момент такого включения. Движение по извилистым дорогам с таким положением дифференциала, приведёт не только к повышению расхода топлива, но и к ускорению износа шин. Поэтому после окончания плохого участка дороги, водитель должен его отключить.

Дифференциалы, имеющие самоблокировку
С целью значительного упрощения управлением работой этого механизма, сконструированы специальные устройства с возможностью самоблокировки. Сегодня можно встретить несколько таких конструкций:

Дисковая система, у которой повышенное трение;
Блокировки вязкостного типа;
Винтовая или червячная система.

Некоторое время назад появились электронные разработки управления такими системами. Они работают совместно с датчиками на колёсах и успешно совмещаются с системами антиблокировки и антипробуксовки.

О дисковой блокировке. Встречаются два вида таких конструкций, это системы с одним или несколькими фрикционами. В первом случае фрикционные муфты вводят между полуосью и коробкой дифференциала. Второй тип получил наибольшее применение на авто, произведённых в Америке.

Она представляет собой конструкцию, у которой повышено трение, это обеспечивается муфтами с двумя фрикционами.

О системах с вязкостного типа
Гидравлические муфты таких устройств имеют диски в большом количестве, а рабочие поверхности этих дисков липкие.

Работает система примерно, так же как и дисковые механизмы. В гидравлическую систему заливают специальный раствор на основе силикона. Он имеет особое свойство, которое заключается в способности затвердевания при нагревании.

В это время диски начинают передавать усилие на полуоси, учитывая разность параметров при вращении входного и выходного валов.

Нагрев жидкости происходит только при разной частоте вращения полуосей. Такая конструкция имеет свою особенность. При длительном периоде пробуксовки колёс, начальный этап блокировки происходит мягко, а далее усилие повышается, чем повышается эффективность блокирования колёс. Такие конструкции практически не нуждаются в обслуживании и уходе, но требуется соблюдение герметичности конструкции.

Винтовые виды конструкции
В основе такой конструкции винт или червяк, которые имеют возможность обкатываться вокруг центральных шестерен дифференциала.

Когда меняется момент, винт или червяк фиксируется в эксцентричных пазах в крайнем положении. После выравнивания усилия происходит возвращение системы в первоначальное положение. От профиля этого винта, зависит момент, когда срабатывает система.

В таких конструкциях применяют обычные смазки для трансмиссии, а износ деталей минимален.

Надеемся, что рассказ прояснил для заинтересованных лиц, что такое блокировка межосевого дифференциала. Хочется напомнить всем, что длительное использование включённой этой системы, может стать причиной увеличенного износа деталей. Поэтому рекомендуется использование такой системы только в том случае, когда без этого не обойтись.

Источник: http://avto.leasteria.ru/?p=1478

Устройство автомобилей

Межосевые дифференциалы применяются на автомобилях, имеющих несколько ведущих мостов, т. е. на автомобилях повышенной проходимости, внедорожниках и т. п.

Применение межосевых дифференциалов исключает циркуляцию мощности, которая нагружает трансмиссию при движении автомобиля по дорогам с неровной поверхностью.

Такая циркуляция возникает из-за того, что колеса различных мостов, особенно у автомобилей с габаритной базой, проходят во время движения разные пути, а также из-за различия давления воздуха в шинах и разных нормальных нагрузок на ведущие колеса.

Симметричные межосевые дифференциалы, устанавливаемые между равнонагруженными мостами автомобилей повышенной и высокой проходимости, выполняют обычно в виде простых конических с возможностью принудительной блокировки из кабины водителя. Их устанавливают или в раздаточной коробке, как, например, на автомобилей ВАЗ-2121 «Нива», или на промежуточном мосту трехосного автомобиля в приводе главной передачи, как, например, на автомобилях марки «КамАЗ» (рис. 1).

Конструкция межосевого симметричного дифференциала аналогична конструкции межколесных конических дифференциалов, с устройством и работой которых можно ознакомиться здесь.

Несимметричные межосевые дифференциалы, устанавливаемые в раздаточных коробках автомобилей КамАЗ-4310, КрАЗ-260 и распределяющие крутящие моменты пропорционально нормальным нагрузкам на мосты, выполняют чаще всего планетарными цилиндрическими.

Схема несимметричного планетарного дифференциала приведена на рисунке 1, а конструкция межосевого дифференциала, размещенного в раздаточной коробке трехосного автомобиля КамАЗ-4310, – на рисунке 3.

Дифференциал представляет собой планетарную передачу, ведущим элементом которой является водило 16, связанное с корпусом дифференциала.
Коронное зубчатое колесо 11 своей ступицей установлено свободно на бронзовой втулке в заднем фланце водила 16 и шлицами соединено с валом 9 привода задних мостов.
Солнечное зубчатое колесо 13 установлено на шлицах вала 18 переднего моста.

У полностью нагруженного автомобиля его масса распределяется по осям так, что на передний мост приходится примерно одна треть массы автомобиля, а на промежуточный и задний мосты – две трети массы.

Но так как промежуточный и задний мосты приводятся в действие одним карданным валом, то для оптимального распределения силы тяги по всем ведущим мостам раздаточной коробкой на два задних моста должен передаваться крутящий момент в два раза больший, чем на передний мост.

Конструктивно солнечное 13 и коронное 11 зубчатые колеса выполнены так, что r2 = 2r1, следовательно Мзад = 2 Мперед, т. е. дифференциал распределяет крутящие моменты между передним мостом и задней тележкой в соотношении 1:2.

Для блокирования дифференциала на средней части фланца водила 16 выполнены шлицы, на которых установлена муфта 17 блокировки. Перемещение муфты блокировки осуществляется с помощью электропневматического привода, управляемого из кабины водителя.

***

Полуоси

Источник: http://k-a-t.ru/mdk.01.01_transmjssia/mosty_8/index.shtml

Что такое блокировка дифференциала, её виды и характеристики

Не каждый водитель задумывается о том, что при движении автомобиля на поворотах колёса каждой оси проходят путь, разный по длине. Именно поэтому вращение колёс имеет разную скорость.

Необходимо это для того, чтобы шины не проскальзывали по асфальту, чтобы на повороте снизить нагрузку на привод колёс. Обеспечивает этот факт такой механизм, как дифференциал.

Установленный на КПП механизм распределяет нагрузку так, что попадает под нагрузку именно самое разгруженное колесо.

95% производимых автомобилей не оснащаются блокировкой, которая позволяет сделать транспортное средство более проходимым.

Существуют разновидности дифференциалов. По месту нахождения разделяют межосевые и межколёсные. Однако любой свободный дифференциал не позволит автомобилю выбраться из ситуации, когда одно из ведущих колёс попадёт в яму с глиной. Для решения подобных проблем разработчики придумали блокировку, которая, в свою очередь, подразделяется на следующие основные группы:

блокирующиеся на 100%;
механические устройства повышенного трения;
самоблокирующиеся механизмы.

Каждый вид имеет как свои преимущества, так и свои недостатки. Например, «жёсткие» блокировки довольно часто приводят к износу резины, разрушению трансмиссии и быстрому выходу из строя коробки передач. И всё это закономерно, так как при эксплуатации машина постоянно попадает в ямы и наезжает на кочки, а это довольно пагубно сказывается на трансмиссии.

Чтобы выровнять недостатки обычного и жёсткого устройств, был создан цилиндрический самоблокирующийся дифференциал повышенного трения. Он имеет ещё второе название — дифференциал ограниченного проскальзывания.

Принцип действия такой конструкции довольно прост.

Если к сателлитам применить определённую силу и зажать их, не позволяя им вращаться между полуосевыми шестернями с довольно большой скоростью, то получится, что, с одной стороны, механизм позволит колёсам при повороте вращаться с разной скоростью. А с другой стороны, распределит крутящий момент таким образом, что колесо, у которого будет наилучшее сцепление с дорожным покрытием, будет иметь большую силу тяги.

Ещё стоит сказать о дисковом дифференциале повышенного трения. Чаще всего такая конструкция используется в заднеприводных автомобилях, которые планируется использовать на соревнованиях. Такая система блокирует колёса до определённого уровня нагрузок. Её недостатком является довольно частая необходимость в замене дисков и масла в КПП.

На видео — принцип работы блокировки дифференциала:

А вот для использования транспортного средства как в обычных условиях эксплуатации, так и в соревнованиях очень удачной является блокировка дифференциала с преднатягом (червячного типа). Преимуществ у такой системы гораздо больше, чем недостатков. Плюсами можно назвать:

блокирование колёс до 70%;
минимум обслуживания;
отсутствие рывков на руле;
не нужно заливать в КПП специальное масло;
установка системы не сопровождается трудностями;
высокая проходимость машины;
длительный срок службы конструкции;
прекрасная управляемость автомобилем;
отличное чувство равновесия;
более высокая скорость прохождения поворотов;
лёгкость вывода транспортного средства из заноса.

Что касается недостатков конструкции, то и они есть:

с течением времени падает преднатяг;
для работоспособности конструкции придётся каждые 20–40 тыс. км менять регулировочные шайбы;
если не проводить регулировочные работы, то система будет работать как свободный дифференциал.

Различие принципов действия

Часто полноприводные автомобили имеют одновременно три вида конструкций: один межосевой дифференциал и два мостовых. Для качественной работы может быть использована как полная, так и частичная автоматическая или ручная блокировка межосевого типа конструкции.

Уже во многих транспортных средствах стали применять всевозможные электронные системы контроля над движением автомобиля.

Преимуществом электронной блокировки является более высокая тяга на поворотах и к тому же возможность настройки степени блокирования в зависимости от предпочтений водителя.

Единственным недостатком можно назвать то, что такой дифференциал нечувствителен к быстро меняющимся дорожным условиям.

Одним из видов самоблокирующегося механизма является блокирующийся межколёсный дифференциал. На ровной дороге, на твёрдом покрытии, такой механизм ведёт себя так, как обычная свободная система.

И лишь тогда, когда колесо на оси вращается относительно другого с большей частотой, конструкция автоматически блокируется.

Проходимость машины при блокировании межколёсного типа устройства существенно повышается.

Принудительная блокировка

Наиболее простым способом является принудительная блокировка механизма. В этом случае только водитель принимает решение о её включении или выключении. Осуществляется это либо с помощью рычагов, либо посредством кнопок, расположенных в салоне автомобиля.

Этот вид блокирования просто идеален для внедорожников, которые эксплуатируются в условиях российского бездорожья. Система безупречно надёжна при движении по грязи и ухабам и практически непригодна в эксплуатации на ровных дорогах.

На видео — тест принудительной блокировки дифференциала:

В условиях бездорожья также эффективной будет блокировка заднего дифференциала. Она является просто незаменимой в случаях, когда одно из колёс оси вывешивается. Тогда крутящий момент от двигателя будет передаваться именно на колесо, которое касается грунта.

Подводя итог, можно сделать вывод, что оптимальным вариантом является именно самоблокирующийся дифференциал. Он во многом превосходит свободный механизм и не имеет недостатков жёсткой конструкции. При наличии такой системы автомобиль становится более проходимым.

Источник: http://365cars.ru/remont/blokirovka-differenciala.html

Что такое межосевой дифференциал и для чего он нужен?

Дифференциал – устройство, управляющее распределением вращательного момента между входным и выходными валами. Хотя скорость отдельных элементов может разниться.

Данный механизм успешно применяется в автомобилестроении и широко применим в нём. Различие дифференциалов проявляется в месте их установки, предназначению и конструктивным особенностям.

Автомобили с приводом только на заднюю или переднюю ось оснащаются одним дифференциалом – межколёсным.

Необходимость в наличии дифференциала вызвана особенностями поведениями колёс в поворотах. Они проходят различное расстояние в эти моменты.

Грузовые автомобили с приводами 6х6 и 8х8 оснащаются дополнительным межтележечным дифференциалом. В моделях с полным приводом устанавливаются три дифференциала: кроме двух межколёсных, ещё и один межосевой.

О работе межосевого дифференциала, о его конструкции и предназначении мы и поговорим далее более подробно.

Конструкция межосевого дифференциала

Давайте рассмотрим конструкцию межосевого дифференциала на самом распространённом примере – коническом дифференциале. Конический дифференциал по своей конструкции схож с другими видами дифференциалов.

Конический дифференциал – это планетарный редуктор с полуосевыми шестернями сателлитами, которые помещены в корпус.

Корпус, или как его ещё называют «чашка дифференциала» принимает крутящий момент на себя от главной передачи и раздаёт его через сателлиты на шестерни полуосей. К корпусу жёстко прикреплена ведомая шестерня главной передачи. На внутренних осях корпуса вращаются сателлиты.

Сателлиты выполняют роль планетарной шестерни. Они обеспечивают контакт корпуса с полуосевыми шестернями. В зависимости от того, какой величины передаётся крутящий момент, конструкция дифференциала насчитывает два или четыре сателлита.

Дифференциалы легковых автомобилей, как правило насчитывают два сателлита. Полуосевые (солнечные) шестерни передают вращение на ведущие колёса через полуоси по шпицевому соединению.

Правая и левая шестерни полуосей имеют как равное, так и различное число зубцов.

Шестерни с равным количеством зубцов образуют симметричный дифференциал, в то время, когда неравное количество зубцов характерно для несимметричного дифференциала.

Симметричный дифференциал распределяет вращение по осям в равных пропорциях, в независимости от того какой величины угловые скорости ведущих колёс.

Благодаря своим свойствам симметричный дифференциал успешно применяется как межколёсный дифференциал.

Несимметричный дифференциал разделяет крутящий момент в определённом соотношении, поэтому его устанавливают между осями полноприводного автомобиля.

Принцип работы межосевого дифференциала

Когда автомобиль движется по прямолинейной траектории по ровной дороге, расстояние, пройденное ведущими колёсами будет равным, так как у обоих колёс будет одинаковая угловая скорость.

В процессе такого движения все сателлиты, шестерни и корпус дифференциала синхронизированы. Передачу крутящего момента данному механизму обеспечивает шестерня.

Также отметим и тот факт, что при таком движении крутящий момент на каждом из ведомых колёс одинаков, а полуосевые шестерни заклиниваются сателлитами, которые статичны относительно своей оси.

Когда автомобиль входит в поворот, путь, который проходит колесо, идущее по внутреннему краю, меньший, чем у колеса на внешнем круге, следовательно и скорость вращения у них разная. Для стабилизации ситуации полуосевая шестерня замедляется, а сателлиты и корпус в это время упираются в полуосевую шестерню слева.

Благодаря тому, что сателлиты вращаются вокруг своей оси, растёт и скорость, с которой вращается правая полуосевая шестерня. Это позволяет ведущим колёсам вращаться с разными скоростями, что предотвращает проскальзывание и пробуксовку. Отметим, что колесо с большей скоростью вращения получает меньший крутящий момент.

Давайте рассмотрим дифференциал с классической конструкцией. Основным его недостатком будет пробуксовка одного колеса, когда оно потеряет контакт с дорожной поверхностью.

Всё дело в том, что колесо в подвешенном состоянии вращается примерно в два раза быстрее колеса, которое контактирует с дорогой при равном количестве оборотов ведомой шестерни дифференциала. Второе колесо остаётся статичным.

Причиной всему является очень маленький крутящий момент, подведённый к нему, так как вращающееся подвешенное колесо получает незначительное сопротивление крутящего момента. Исходя из этого понятно, что крутящий момент противоположного колеса аналогично мал, поэтому оно и неподвижно.

Если колесо пробуксовывает на повышенных оборотах в среде со значительным сопротивлением, крутящий момент, подаваемый на него будет большим в сравнении с проскальзывающим колесом, а следовательно и второму колесу будет предоставляться больший момент для осуществления вращения.

Благодаря такому распределению автомобиль может медленно, но уверенно выбираться из ловушки. Буксующее колесо затрачивает много мощности, расходуемой на нагрев дорожного полотна, покрышек и т.д. Пробуксовка заметно снижает проходимость автомобиля с со свободным дифференциалом.

Чтобы избежать подобных проблем, на автомобили устанавливают дифференциалы с возможностью их блокировки, как ручной, так и автоматической.

Предназначение межосевого дифференциала

Как Вам уже стало понятно, предназначение межосевого дифференциала заключается в распределении крутящего момента между ведущими осями в полноприводных автомобилях, что даёт им возможность вращения с различными угловыми скоростями.

Потребность в таком механизме возникла в следствии движения автомобилей по неровным поверхностям, когда масса самой конструкции давит на ось, что находится в гораздо низком положении. Так, если Вы едете под горку, то большая часть крутящего момента передаётся на заднюю ось. В случае спуска же всё происходит наоборот.

Сам механизм межосевого дифференциала располагается, как правило, в раздаточной коробке транспортного средства.

По своему типу межосевой дифференциал может быть, как симметричным, так и несимметричным.

Первый вариант дифференциалараспределяет крутящий момент в соотношении 50/50, когда второй в разных соотношениях, например, 60/40.

Кроме того бывают межосевые дифференциалы, не имеющие блокировочного механизма, что не позволяет двигаться колёсам с разными скоростями. Есть самоблокирующиеся дифференциалы и с ручной блокировкой.

Второй вариант позволяет принудительно распределять крутящий момент между осями. Это хорошо помогает преодолевать различные дорожные преграды в виде грязи, песка или снега. Принудительное блокирование межосевого дифференциала может быть полным и частичным.

При этом обеспечивается жёсткое соединение полуосей между собой. Зачастую для реализации всего внедорожного потенциала автомобиля применяется дифференциал с механизмом автоматической блокировки.

Он имеет три вида конструкций и соответственно различные принципы функционирования.

Режимы работы межосевого дифференциала

Работа симметричного межосевого дифференциала разделяется на три, присущих ему, режима:

– прямолинейное движение;

– движение в повороте;

– движение по скользкой дороге.

При движении прямо, колёса принимают на себя равнораспределённое сопротивление дорожного полотна. Крутящий момент передаётся к корпусу дифференциала от главной передачи. Вместе с ним перемещаются и сателлиты.

Сателлиты, обходя шестерни полуосей, передают на ведущие колёса весь крутящий момент в равных пропорциях. В отсутствии вращения сателлитов на осях, шестерни полуосей движутся с одинаковой угловой скоростью.

Они вращаются с той же частотой, что и ведомая шестерня главной передачи.

При входе в поворот, ведущее колесо, идущее по внутреннему радиусу, принимает на себя большее сопротивление, чем колесо внешнего радиуса. Внутренняя полуосевая шестерня замедляет своё движение и побуждает вращаться сателлиты вокруг своей оси. Они в свою очередь, ускоряют вращение наружной шестерни полуоси.

Колёса, движущиеся с разными угловыми скоростями позволяют проходить автомобилю поворот без излишней пробуксовки. Сумма частот вращения полуосевых шестерен внутри и снаружи равна частоте вращения ведомой шестерни, умноженной на двое. Крутящий момент распределяется между ведущими колёсами в равной степени.

И на это не влияет разность угловых скоростей.

Когда автомобиль движется по скользкой дороге, одно колесо принимает на себя большую часть сопротивления, в то время как второе пробуксовывает или проскальзывает. Дифференциал заставляет вращаться «проблемное» колесо с большей скоростью. Второе колесо вынуждено остановиться.

Сила тяги, образуемая на буксующем колесе очень мала в силу низкого сцепления, поэтому его вращение тоже происходит с небольшой скоростью. А в силу конструкции симметричного дифференциала, другое колесо будет обладать теми же характеристиками на тот момент. Ситуация зашла в тупик – автомобиль не сдвигается с места.

Решить эту проблему можно увеличив крутящий момент на небуксующем колесе. Это легко осуществляется блокировкой дифференциала.

Источник: https://auto.today/bok/3177-chto-takoe-mezhosevoy-differencial-razbiraemsya-vmeste.html

Что такое дифференциал: устройство, принцип действия и 3 типа блокировки

В современном автомобилестроении существует множество технических решений реализации дифференциала.

В зависимости от привода автомобиля используют различные типы узлов: для заднеприводных, переднеприводных и дифференциальные устройства для внедорожников.

Кроме того этот узел трансмиссии классифицируют по внутреннему устройству (конический, цилиндрический, червячный) и способу блокировки.

Предназначение дифференциала в автомобиле

Основная задача дифференциала — обеспечивать колёсам разную скорость вращения. Такой способ вращательного движения необходим для правильного вхождения машины в повороты, при пробуксовке колес и в другие моменты.

Когда машина поворачивает, то разные колёса описывают разные траектории. Если ведущие колеса будут двигаться с одинаковой скоростью, то выполнить поворот на такой машине будет очень сложно.

Распределение моментов между приводимыми в движение колёсами происходит при помощи дифференциала.

Во время пробуксовки одного из колёс, обычный планетарный механизм начнёт работать в сторону увеличения крутящего момента. Колесо начинает буксовать ещё сильнее. Колесо, находящееся на твёрдой поверхности, перестанет крутиться.

Для решения таких проблем дифференциальные устройства обеспечиваются блокировочными механизмами различных типов: ручными или автоматическими. Блокировка дифференциала значительно повышает проходимость полноприводного автомобиля.

Пока хотя бы одно колесо цепляет дорогу, машина двигается.

Классификация дифференциалов

Различают два основных вида дифференциальных механизмов: межколёсный и межосевой. Межколёсный предназначается для различных автомобилей с приводом на два колеса. Межосевой делит крутящий момент на все четыре.

В зависимости от модели дифференциала, используются различные конструктивные решения механизма. В переднеприводных машинах этот узел обычно помещают в картере коробки передач.

У заднепрводных раздаточные шестерни размещают в корпусе заднего моста.

Полноприводные внедорожники используют для размещения дифференциального механизма чаще всего отдельную раздаточную коробку («Land Cruiser», «Нива»). Некоторые производители используют конструкцию с двумя раздельными дифференциалами (Jeep «Cherokee», UAZ «Hunter»), размещёнными в переднем и заднем мостах.

Самым простым устройством на базе планетарного редуктора является свободный дифференциал. Рассмотрим вкратце принцип его действия. Вращение от двигателя передаётся на механизм шестернёй главной передачи. Зубья жёстко передают движение на ведомую шестерню большого размера, находящуюся в корпусе дифференциала.

На ведомой шестерёнке закреплены два конических сателлита с двумя степенями свободы: они вращаются вместе с ведомой шестернёй, и одновременно могут вращаться вдоль своей оси.

Когда автомобиль едет прямо, сателлит бежит по большому кругу и передаёт одинаковое вращательное движение на обе полуоси. Как только машина поворачивает, сателлиты совершают вращательные движения вокруг своей оси, и скорость вращения полуосей изменяется.

В результате одно из колёс движется медленнее, а другое, описывающее больший поворотный радиус, быстрее.

Зачем необходима блокировка дифференциала?

У свободного дифференциала есть один большой недостаток. В момент пробуксовки одного из колёс, сателлит начинает прокручиваться и передавать весь импульс движения на него. Буксующее колесо крутится с большой скоростью, в то время как стоящее на твёрдой почве второе колесо, бездействует. Особенно опасно, когда такие процессы происходят на большой скорости.

Если на дороге попадается участок с неравномерной обледенелой поверхностью, то машина со свободным дифференциалом может уйти в неуправляемый занос. Для решения этой проблемы используется блокировка дифференциала.

Естественным решением предотвращения пробуксовки является временная приостановка одного из компонентов механизма. Существует несколько решений этой задачи: можно временно блокировать одно из колёс, полуось, сам дифференциальный узел или даже двигатель. По способу реализации разделяют блокировки следующих типов: ручная, самоблокирующаяся, электронная.

Самым простым вариантом блокирования дифференциального механизма является его ручное отключение. Обычно такая функция реализуется с помощью специального рычага или кнопки в салоне внедорожника.

Движением рычага блокируется возможность вращения сателлитов вдоль своей оси, и планетарка становится обычной муфтой.

Выполнять подобную операцию следует только во время полной остановки автомобиля с выжатым сцеплением.

Использовать блокировку следует при движении на малых скоростях по сложнопроходимым дорогам. При отключенном дифференциале, автомобиль становится трудноуправляемым и стремится ехать по прямой.

Поэтому ручное управление механизмом раздачи мощности по колёсам требует определённых навыков водительского мастерства. Ручной блокировкой дифференциала оборудуются внедорожники с жёсткой рамой: «Land Cruiser», «Hilux», «Нива» и другие.

Самоблокирующиеся дифференциалы

Для увеличения проходимости автомобиля и упрощения управлением в трудных условиях были созданы несколько моделей самоблокирующихся дифференциалов. Принцип работы этих узлов основан на возникновении блокировки работы узла при определённых обстоятельствах.

Дифференциалы Speed sensitive

Рассмотрим подробнее дифференциалы Speed sensitive, которые срабатывают, если полуоси начинают вращаться на различных угловых скоростях.

Примером автомобиля, где установлен такой тип дифференциала, может служить Toyota «Rav4» с вискомуфтой. Одна часть этого узла закреплена на чашке дифференциала, другая часть на полуоси.

В режиме обычного движения или небольшом расхождении в повороте, рабочие поверхности муфты двигаются независимо и не мешают вращению полуосей.

Вращение одной из осей, с заметно большей скоростью, приводит к тому, что вискомуфта срабатывает и начинает тормозить движение.

При падении скорости, сила трения уменьшается, и части узла вновь становятся независимыми. Такой дифференциал вполне подходит для автовладельцев, которые не стремятся покорить все вершины бездорожья.

В городском режиме и на грунтовых дорогах машины с такими дифференциалами прекрасно себя зарекомендовали.

Но у вискомуфты есть проблемные места — в сложной ситуации она не тянет нагрузками, начинает греться, запаздывает со включением и может прийти в нерабочее состояние.

На спецтехнике устанавливают другой тип самоблокирующихся дифференциальных механизмов — кулачковые пары. Примером реализации служит «ГАЗ-66».

Данная конструкция узла позволяет в разы повысить проходимость машины, но чревата опасными ситуациями, когда дифференциал самопроизвольно заклинивает. Схема действия проста, как всё гениальное. Вместо планетарки в механизме применяются зубчатые пары.

Они свободно поворачиваются при малейших расхождениях в скоростях колёс, а при значительном расхождении заклинивают.

Интересный вариант конструкторского решения самоблокирующегося дифференциала реализован в Kia «Sportage». Основанный на похожих методах, что и вискомуфта, этот тип использует пластины для торможения нежелательных вращений. Принципиальным отличием или существенным усовершенствованием является использование гидравлической системы для сближения фрикционных пластин.

При возникновении большой разницы в скоростях полуосей срабатывает насос, который нагнетает давление масла в системе фрикционов и заставляет пластины сближаться. Таким образом, скорость вращения пробуксовывающего колеса начинает снижаться, и происходит перераспределение крутящего момента.

Более современным и эффективным можно назвать дифферинциалы Torque sensitive, приходящие в рабочее состояние при снижении скорости вращения на одной из полуосей. Такой узел осуществляет контроль за показателями скоростей вращения и снижает их в автоматическом режиме.

Конструктивно такие дифференциальные устройства представляют собой обычный свободный дифференциал с комплектом подпружиненных фрикционных гасителей скорости, размещённых между полуосями и чашкой дифференциала. Принцип действия основан на свойствах гипоидных передач, которые могут самопроизвольно разблокироваться. Различают три основных конструктивных реализации этого типа дифференциалов.

Первый тип использовался на внедорожнике Toyota «Celica GT-4» и назывался Т-1. Каждая полуось в этом узле имеет свои сателлиты, связанные между собой. Таким образом, как только возникает разница в крутящих моментах сателлитов, червяк синхронизирует их, и колёса будут крутиться с одной и той же скоростью. Диапазон их разницы определяется углом наклона зубчиков межсателлитового вала.

Такой механизм приводит к тому, что колёса либо движутся с одной скоростью (при езде по прямой), либо благодаря синхронизированным сателлитам делают обороты с различными скоростями (при повороте). Никаких пробуксовок не возникает. Модель узла трансмиссии с такими характеристиками стала популярна не только среди внедорожников, её установили на спортивную машину Mazda «RX-7» (1991 г.).

В продолжение серии была выпущена модель T-2, более чувствительная к разнице в скоростях. Как и аналогичный механизм Rod Quaife, эта конструкция отличается наличием более сложной передачи между сателлитами вместо червяка.

Эта модель приобрела ещё большую популярность и применима для большого количества машин: BMW «Z3», Audi «A4», «A6», «A8», родстеры Honda «S2000», Volkswagen «Passat» (B6), Mazda «MX-5», внедорожники «Range Rover», Hummer.

Третья разновидность дифференциалов модели Torque sensitive называется Т-3 и используется чаще всего в качестве межосевых узлов.

Это более совершенная конструкция позволяет автоматически распределять нагрузку между задней и передней осями в определенном промежутке. Обычно это происходит в диапазоне 65 на 35.

Если на пути Lexus «GX 470», оснащенного таким дифференциалом, выступает препятствие, то сила тяги у него будет подаваться на те колёса, которые ещё могут зацепить дорожное покрытие.

Дифференциалы с электронным управлением

Механический способ блокировки дифференциала не стоит рассматривать, как единственную разработку, направленную на улучшение проходимости и повышение контроля за автомобилем.

Примером может служить система управления трансмиссией с помощью электроники — Traction Control (TRAC) — схема контролирования за тягой и сцеплением колёс.

В основе TRAC лежит простой принцип: отслеживание и коррекция частоты оборотов колёс при помощи специальных датчиков.

Как только колесо начинает буксовать, в это время включается тормоз и крутящий момент уходит на другую полуось. На первый взгляд машина будет вести себя, как будто у неё блокировали дифференциал.

На самом деле эта система даже эффективнее механической блокировки, проще в исполнении и надежнее. Кроме того, TRAC не создает помех в работе механизмов любых дифференциалов, а является их удачным дополнением.

Именно поэтому современные внедорожники, такие как «Hilux», Lexus, «Prado» оборудованы электронным управлением Traction Control.

Активные дифференциалы

Наиболее популярным и современным решением в области конструирования дифференциального узла стало изобретение активного дифференциала. Идея этого механизма в том, чтобы не тормозить полуоси и колёса, а напротив, разгонять их до большей скорости. С помощью электроники и фрикционных сцеплений колесо, бегущее по внешнему кругу, получает в разы больший момент, чем внутреннее.

Благодаря этому техническому решению прохождение крутых поворотов отличается легкостью и устойчивостью. Это обстоятельство сразу же взяли на вооружение производители спортивных автомобилей. Но до выхода в широкое производство этому типу дифференциалов ещё далеко.

Заключение

Дифференциал за годы своего существования прошёл большой путь эволюционного развития и это не удивительно.

Конструкторы автомобилей сделали всё возможное, чтобы этот узел стал надёжным и обеспечивал комфортное и беспрепятственное движение автомобиля.

Если задаваться вопросом, с каким дифференциалом выбрать машину, то это наиболее улучшенная модель из разряда Torque sensitive, с дополнением в виде электронного управления Traction Control.

Оценка статьи:

(Пока оценок нет)
Загрузка…

Источник: https://motorsguide.ru/system/chto-takoe-differentsial-avtomobilya