Mototehnika21.ru

МотоТехника Онлайн
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Какие функции выполняет дифференциал?

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

Устройство дифференциала

Базой конструкции дифференциального устройства является планетарный редуктор. В зависимости от того, какие зубчатые шестерни (передачи) используются для вращения колес, дифференциал делится на три разных вида:

  • конический;
  • цилиндрический;
  • червячный.

Наибольшее распространение получила коническая зубчатая передача и, соответственно, конический дифференциал. Он традиционно монтируется между двух осей автомобилей с полным приводом, а не между колесами, как это возможно с иными видами.

Основные элементы конструкции одинаковы у всех типов дифференциалов, поэтому рассмотрим строение узла на примере конического механизма.

Дифференциальный механизм конического типа состоит из следующих элементов:

  • планетарный редуктор;
  • шестерни с сателлитами;
  • корпус устройства.

На профессиональном сленге инженеров автомобилестроения и специалистов сервисных центров корпус дифференциального устройства называется «чашкой». Его основное назначение — принять вращательные усилия двигателя и передать их через сателлиты на шестерни. К поверхности чашки прикреплена ведомая шестерня ведущей передачи, а внутри чашки смонтированы оси, на которых перемещаются сателлиты. Собственно говоря, именно они и выполняют сцепление чашки (корпуса) и шестеренок. В легковых транспортных средствах традиционно применяется всего одна пара сателлитов, в грузовых — две, так как требуется передавать особенно высокий крутящий момент.

Получив энергию от сателлитов, шестерни начинают движение по оси и передают тот же крутящий момент без изменений на ведущую пару колес. В результате транспортное средство приходит в движение.

Шестерни, расположенные на осях, могут иметь равное или разное количество зубцов (шлицев). Если число зубцов равное, то шестерня образует симметричный дифференциал – крутящий момент распределяется по осям в равных соотношениях. Если же количество зубьев не равное, то происходит несимметричная раздача энергии на колеса, что обеспечивает повышенную проходимость в сложных дорожных условиях.

Автоматическая 100% блокировка Блокка в сборе, мост НИВА (22 шлица/36мм)

Простая и надежная конструкция блокировки Блокка ™, которая теперь для вашего удобства уже установлена в доработанный корпус дифференциала нового образца. Для установки дифференциала в комплект входит 2 подшипника. Блокировка полностью подготовлена для установки в мост.
В комплект входят:

Блокировка Блокка ™ НИВА
Корпус дифференциала от ВАЗ-2123
2 подшипника коробки дифференциала
Стандартная ось сателлитов

  • Блокировки НИВА и ШЕВИНИВА
  • Самоблокирующиеся дифференциалы

Типы, устройство и принцип действия межосевого дифференциала

В различных ТС используются межосевые дифференциалы, построенные на основе планетарных механизмов. В общем случае агрегат состоит из корпуса (обычно составленного из двух чашек), внутри которого располагается крестовина с сателлитами (коническими шестернями), соединенными с двумя полуосевыми шестернями (шестернями привода ведущих мостов). Корпус посредством фланца соединен с карданным валом, от которого весь механизм получает вращение. Шестерни посредством валов соединены с ведущими шестернями главных передач своих мостов. Вся эта конструкция может размещаться в собственном картере, установленном на картере промежуточного ведущего моста, или в корпусе раздаточной коробки.

Функционирует межосевой дифференциал следующим образом. При равномерном движении автомобиля по дороге с ровным и твердым покрытием крутящий момент от карданного вала передается на корпус дифференциала и зафиксированную в нем крестовину с сателлитами. Так как сателлиты входят в зацепление с полуосевыми шестернями, то обе они тоже приходят во вращение и передают крутящий момент к своим мостам. Если по какой-либо причине колеса одного из мостов начинают затормаживаться, связанная с данным мостом полуосевая шестерня замедляет свое вращение — сателлиты начинают катиться по этой шестерне, что приводит к ускорению вращения второй полуосевой шестерни. В результате колеса второго моста приобретают увеличенную относительно колес первого моста угловую скорость — так компенсируется разность нагрузок на оси.

Межосевые дифференциалы могут иметь некоторые конструктивные отличия и особенности работы. В первую очередь, все дифференциалы делятся на две группы по характеристикам распределения крутящего момента между двумя потоками:

  • Симметричные — распределяют момент равномерно между двумя потоками;
  • Несимметричные — распределяют момент неравномерно. Это достигается использованием полуосевых шестерен с различным количеством зубьев.

При этом практически все межосевые дифференциалы имеют механизм блокировки, который обеспечивает принудительную работу агрегата в режиме симметричного распределения крутящего момента. Это необходимо для преодоления сложных участков дорог, когда колеса одной оси могут отрываться от дорожного покрытия (при преодолении ям) или терять с ним сцепление (например, пробуксовывать на льду или в грязи). В таких ситуациях весь крутящий момент поступает на колеса этой оси, а колеса, имеющие нормальное сцепление с дорогой, вовсе не вращаются — автомобиль просто не может продолжать движение. Механизм блокировки принудительно распределяет крутящий момент между осями поровну, предотвращая вращение колес с разной скоростью — это позволяет преодолевать сложные участки дорог.

Читать еще:  Описание блока предохранителей в Opel Astra H

Блокировка может быть двух типов:

  • Ручная;
  • Автоматическая.

В первом случае дифференциал блокируется водителем с помощью специального механизма, во втором случае агрегат самоблокируется при наступлении определенных условий, о которых сказано ниже.

Механизм блокировки с ручным управлением обычно выполняется в виде зубчатой муфты, которая располагается на зубцах одного из валов, и может входить в зацепление с корпусом агрегата (с одной из его чаш). При перемещении муфта жестко соединяет вал и корпус дифференциала — в этом случае данные детали вращаются с одинаковой скоростью, и каждая из осей получает половину общего крутящего момента. Управление блокирующим механизмом в грузовых автомобилях чаще всего имеет пневматический привод: зубчатая муфта перемещается с помощью вилки, управляемой штоком встроенной в картер дифференциала пневматической камеры. Подача воздуха на камеру осуществляется специальным краном, управляемым соответствующим переключателем в кабине автомобиля. Во внедорожниках и другой технике без пневмосистемы управление механизмом блокировки может быть механическим (с помощью системы рычагов и тросов) или электромеханическим (с помощью электромотора).

Самоблокирующиеся дифференциалы могут иметь механизмы блокировки, отслеживающие разность крутящих моментов или разность угловых скоростей осей привода ведущих мостов. В качестве таких механизмов могут использоваться вязкостные, фрикционные или кулачковые муфты, а также дополнительные планетарные или червячные механизмы (в дифференциалах типа Torsen) и различные вспомогательные элементы. Все эти устройства допускают некоторую разность крутящих моментов на мостах, при превышении которой они блокируются. Рассматривать устройство и работу самоблокирующихся дифференциалов здесь мы не будем — сегодня существует множество реализаций данных механизмов, подробнее о них можно узнать в соответствующих источниках.

Делят их по виду и степени блокировки. Например, по виду дифференциалы бывают с ручной и электронной блокировкой. Ручная, обычно используется во внедорожниках, предполагает, что водитель заблокирует шестерни дифференциала включением тумблера в салоне. Электронная — блок управления принимает решение о блокировке сам, сравнивая сведения из ABS и других систем автомобиля.

Когда автомобиль застрял в грязи или снегу и при попытке самостоятельно выехать одно из колес крепко держится за дорогу, а второе безнадежно буксует на выручку приходит блокировка дифференциала.

Эта система позволяtт распределять нагрузку на два колеса не ломая привода.

Блокировка бывает полная и частичная. Полная останавливает шестерни дифференциала полностью и передает весь крутящий момент на колесо с хорошим сцеплением. Частичная подает крутящий момент на второе колесо со своеобразным «проскальзыванием», чтобы если сцепление появится, авто вернуло нормальное управление.

Благодаря особой конструкции Arocs направляет на дорогу всю свою мощь практически без потерь. Специально разработанная рама грузовика компенсирует неровности грунта. Предлагаются два варианта: узкая и широкая.

Узкая рама отличается эластичностью на кручение и обеспечивает оптимальные свойства. Широкая рама при оснащении дорожных автомобилей пневмоподвеской оптимально передает крутящий момент и отличается высокими ходовыми качествами.

Виды блокировки

Как уже отмечено, в дифференциалах есть один серьезный недостаток. И решается он использованием специального механизма – блокировки.

По этому критерию узлы делятся на свободные, самоблокирующиеся и с принудительной блокировкой. Узлы свободного типа не имеют в конструкции какой-либо блокировки, поэтому при создании условий негативное качество сразу же проявляется. Такие узлы обычно используются на легковых авто, предназначенных для использования в городских условиях.

В самоблокирующихся узлах дополнительные элементы в конструкции дифференциала при возникновении ситуации, когда весь момент перебрасывается на одно колесо, замедляют вращение полуоси, тем самым направляя часть вращения на другое колесо. Самым распространенным способом обеспечить самоблокировку, является установка фрикционов. Отметим, что червячные дифференциалы не требуют установки дополнительных узлов, поскольку в червячной передаче присутствует эффект самоторможения, поэтому узлы этого типа сами по себе являются самоблокирующимся.

При принудительной блокировке осуществляется жесткое соединение одной из полуосей с корпусом дифференциала, поэтому при задействовании механизма дифференциал полностью прекращает свою работу, и функционирование ведущего моста осуществляется так, как будто колеса соединены между собой жестко одной осью.

Системы полного привода

Трансмиссии полноприводных автомобилей имеют различные конструкции. В совокупности они образуют системы полного привода. Различают следующие виды систем полного привода: постоянного подключения, подключаемые автоматически и подключаемые вручную.

Разные виды систем полного привода имеют, как правило, разное предназначение. Вместе с тем можно выделить следующие преимущества данных систем, определяющие область их применения:

  • эффективное использование мощности двигателя;
  • лучшая управляемость и курсовая устойчивость на скользком покрытии;
  • повышенная проходимость автомобиля.
Читать еще:  Проверка уровня и доливка масла в коробку передач на автомобиле Форд Фокус 2

Постоянный полный привод

Система постоянного полного привода (другое наименование – система Full Time, в переводе «полное время») обеспечивает постоянную передачу крутящего момента на все колеса автомобиля.

Система включает конструктивные элементы, характерные для полноприводной трансмиссии, а именно: сцепление, коробку передач, раздаточную коробку, карданные передачи, главные передачи, мелколесные дифференциалы задней и передней оси, а также полуоси колес.

На схеме показан общий вид полноприводной трансмиссии:

  1. межколесный дифференциал передней оси
  2. коробка передач
  3. межосевой дифференциал
  4. карданная передача задней оси
  5. главная передача задней оси
  6. межколесный дифференциал задней оси
  7. раздаточная коробка
  8. карданная передача передней оси
  9. главная передача передней оси
  10. вискомуфта

Постоянный полный привод применяется как на автомобилях с заднеприводной компоновкой (продольное расположение двигателя и коробки передач), так и на автомобилях с переднеприводной компоновкой (поперечное расположение двигателя и коробки передач). Такие системы различаются в основном по конструкции раздаточной коробки и карданных передач.

Сцепление обеспечивает кратковременное отсоединение двигателя от трансмиссии при переключении передач, а также предохранение элементов трансмиссии от перегрузок. Коробка передач служит для изменения крутящего момента, скорости и направления движения автомобиля. В автоматической коробке передач функцию сцепления выполняет гидротрансформатор.

Раздаточная коробка предназначена для распределения крутящего момента по осям автомобиля и его увеличения при необходимости. Современная раздаточная коробка включает цепную передачу (зубчатую передачу), обеспечивающую передачу крутящего момента на переднюю ось, понижающую передачу в виде планетарного редуктора (в отдельных конструкциях) и межосевой дифференциал.

Наличие межосевого дифференциала является отличительной особенностью раздаточной коробки системы постоянного полного привода. Для полной реализации полноприводных возможностей в конструкции системы предусматривается блокировка межосевого дифференциала.

Блокировка дифференциала может осуществляться автоматически или вручную. Современными конструкциями автоматической блокировки межосевого дифференциала является вискомуфта, самоблокирующийся дифференциал Torsen, многодисковая фрикционная муфта.

Ручная (принудительная) блокировка дифференциала производится водителем с помощью механического, пневматического, электрического или гидравлического привода. На некоторых конструкциях раздаточной коробки предусмотрены функции как автоматической, так и ручной блокировки межосевого дифференциала.

Карданные передачи обеспечивают передачу крутящего момента от вторичных валов раздаточной коробки на валы главных передач. Главная передача служит для увеличения крутящего момента и его передачи на полуоси колес.

Межколесный дифференциал обеспечивает распределение крутящего момента между ведущими колесами и позволяет полуосям вращаться с различными угловыми скоростями. В системах полного привода межколесный дифференциал применяется на передней и задней оси.

Для реализации полноприводных возможностей один или оба дифференциала имеют возможность блокировки. Блокировка межколесного дифференциала может осуществляться вручную или автоматически (вискомуфта, дифференциал Torsen). На современных автомобилях применяется электронная блокировка дифференциала.

Принцип работы системы постоянного полного привода

Крутящий момент от двигателя передается на коробку передач и далее на раздаточную коробку. В раздаточной коробке момент распределяется по осям. При необходимости водителем может быть включена понижающая передача. Далее крутящий момент через карданные валы передается на главную передачу и межосевой дифференциал каждой из осей. От дифференциала крутящий момент через полуоси передается на ведущие колеса. При проскальзывании колес одной из осей автоматически или принудительно производится блокировка межосевого и межколесного дифференциалов.

Система полного привода подключаемого автоматически

Система полного привода подключаемого автоматически (другое наименование – система On demand, в переводе «по требованию») является перспективным направлением развития полного привода легковых автомобилей. Данная система обеспечивает подключение колес одной из осей в случае проскальзывания колес другой оси. В обычных условиях эксплуатации автомобиль является передне- или заднеприводным.

Практически все ведущие автопроизводители имеют в своем модельном ряду автомобили с автоматически подключаемым полным приводом. Известной системой полного привода подключаемого автоматически является 4Motion от Volkswagen.

Конструкция системы полного привода подключаемого автоматически аналогична постоянному полному приводу. Исключение составляет наличие муфты подключения задней оси.

На примере системы полного привода 4Motion:

  1. двигатель
  2. раздаточная коробка
  3. карданная передача
  4. главная передача задней оси
  5. межколесный дифференциал задней оси
  6. муфта подключения задней оси (муфта Haldex)
  7. межколесный дифференциал передней оси
  8. коробка передач

Раздаточная коробка в системе автоматически подключаемого полного привода представляет собой, как правило, конический редуктор. Понижающая передача и межосевой дифференциал отсутствуют.

В качестве муфты подключения задней оси используются вискомуфта или электронноуправляемая фрикционная муфта. Известной фрикционной муфтой является муфта Haldex, которая используется в системе полного привода 4Motion концерна Volkswagen.

Принцип работы системы полного привода подключаемого автоматически

Крутящий момент от двигателя, через сцепление, коробку передач, главную передачу и дифференциал передается на переднюю ось автомобиля. Крутящий момент через раздаточную коробку и карданные валы также передается на фрикционную муфту. В нормальном положении фрикционная муфта имеет минимальное сжатие, при котором на заднюю ось передается до 10% крутящего момента. При проскальзывании колес передней оси по команде электронного блока управления срабатывает фрикционная муфта и передает крутящий момент на заднюю ось. Величина передаваемого на заднюю ось крутящего момента может изменяться в определенных пределах.

Подключаемый вручную полный привод

Система полного привода подключаемого вручную (другое наименование — система Part Time, в переводе «частичное время») в настоящее время практически не применяется, т.к. является низкоэффективной. Вместе с тем, именно эта система обеспечивает жесткую связь передней и задней оси, передачу крутящего момента в соотношении 50:50 и поэтому является по настоящему внедорожной.

Читать еще:  Лада ВАЗ-2110 (2111, 2112). Неисправности датчика скорости

Устройство системы полного привода подключаемого вручную в целом аналогично системе постоянного полного привода. Основные отличия – отсутствие межосевого дифференциала и возможность подключения переднего моста в раздаточной коробке. Необходимо отметить, что в ряде конструкций постоянного полного привода используется функция отключения переднего моста. Правда в данном случае отключение и подключение это не одно и то же.

Описание работы блокировки дифференциала

Дифференциал выполняет важную роль в трансмиссии автомобиля, но его большим недостатком является тот факт, что при попадании ведущих колёс автомобиля на поверхность с разным сцеплением одно из колёс перестаёт передавать крутящий момент, тем самым провоцируя застревание машины.

Самоблокирующийся дифференциал на ВАЗ убирает этот недостаток, сохраняя при этом функции дифференциала в автомобиле.
Блокировка дифференциала в обычном режиме находится в замкнутом состоянии и выполняет функции дифференциала только в случае, когда одно из колес вращается быстрее другого.
Блокируется же самоблок на ваз за счет двух воздействующих на него сил: первая это крутящий момент от двигателя, вторая — сила сопротивления качению при торможением двигателем.

Важно понимать, что такие устройства как: самоблок автоспринтер или самоблок автопродукт будет выполнять функции дифференциала, только когда на колесо будет воздействовать внешняя сила, позволяющая вращать колесо быстрее, чем вращается остальная часть трансмиссии.
На скользких же поверхностях, где одно из колес, как правило буксует, самоблокирующийся дифференциал начнёт передавать крутящий момент от двигателя на оба колеса, тем самым значительно увеличивая проходимость машины.

Чем же обусловлена необходимость применения дифференциала в конструкции трансмиссии?

Дело в том, что при повороте внешнее колесо автомобиля проходит более длинную дугу, чем внутреннее. Таким образом, при вращении с одинаковой скоростью одно из ведущих колес пробуксовывает, что отрицательно сказывается на управляемости автомобиля и повышает износ шин. Благодаря дифференциалу при одинаковом или разном крутящем моменте ведущие колеса вращаются с разными скоростями, что позволяет намного улучшить проходимость автомобиля. Это особенно актуально на скользких дорогах или грунтах, оказывающих сопротивление вращению колес (песок, снег). Кроме того, дифференциал в сочетании с главной передачей выполняет функцию дополнительной понижающей передачи.

Классический (открытый, или свободный) дифференциал располагается в картере главной передачи и принимает крутящий момент от ее ведомой шестерни. Конические шестерни (сателлиты), находящиеся в коробке дифференциала, зацепляют шестерни полуосей, которые, в свою очередь, вращают ведущие колеса. При движении по ровной и прямой дороге угловые скорости колес одинаковы, и сателлиты не вращаются вокруг своей оси. Однако при повороте или движении по неровностям колеса проходят разный путь, поэтому сателлиты начинают вращаться и перераспределять крутящий момент.

Внедорожные автомобили и спецтехника оснащаются дифференциалами специальных конструкций: с полной или частичной, автоматической или ручной блокировкой. Полная блокировка используется в автомобилях с повышенной проходимостью, так как именно при езде по бездорожью возникает необходимость выравнивания скоростей вращения полуосей. Блокировку включают кратковременно, например, для преодоления каких-либо препятствий. Управление происходит из салона с помощью механического или электрического привода.

Наиболее упростить процесс управления позволяют дифференциалы с автоматической блокировкой, или самоблокирующиеся дифференциалы.

В основном, используются 4 вида блокировок:

  • фрикционная;
  • вязкостная;
  • кулачковая;
  • винтовая или червячная.

В самоблокирующихся дифференциалах чаще всего используются червячные механизмы типа Quife (Квайф). Они мало подвержены износу, поэтому срок их службы сопоставим со сроком коробки или классического дифференциала.

В отличие от открытого дифференциала, дифференциал с винтовой блокировкой перераспределяет крутящий момент в пользу колеса, находящегося в лучшем сцеплении с дорожным полотном, а буксующее колесо, наоборот, «разгружает». За счет этого значительно улучшается управляемость автомобиля на поворотах и скользкой дороге.

Применение дифференциалов, их преимущества и недостатки

В тех автомобилях, которые имеют всего одну ведущую ось, устанавливается один дифференциал. Транспортные средства с двумя и более ведущими осями оснащаются дифференциалами, устанавливаемыми в каждую из них. В автомобилях с повышенной проходимостью, имеющих две ведущих оси, устанавливается три дифференциала: по одному на каждую из осей и один — между ними. В тех же транспортных средствах, которые имеют более двух ведущих осей, используются так называемые межтележечные дифференциалы.

Что касается преимуществ дифференциалов, то главное из них — это то, что они обеспечивают одинаковый крутящий момент для колес, вращающихся с различной скоростью (собственно говоря, для этого они и используются). Если говорить о недостатках этих устройств, то основным из них является проблема пробуксовки колес, которые потеряли контакт с дорожным покрытием. Решается она достаточно просто: с помощью механизма блокировки, который может быть как ручным, так и автоматическим.

Читайте также: Что такое коробка передач АМТ .

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector
×
×