Автомобильный дифференциал

Виды автомобильных дифференциалов

Виды дифференциалов по принципу работы таковы:

1. С полной блокировкой. Блокировка выполняется водителем принудительно. Из-за того, что угловая скорость колес становится равной, при поворотах ухудшается управляемость и увеличивается износ покрышек. Подобной блокировкой оснащались автомобили ВАЗ-2121.

LSD (Limited Slip Differential). Узел этого вида является самоблокирующимся. Если разница между скоростями вращения двух колес становится слишком большой, происходит автоматическая блокировка (то есть ситуация, когда вся мощность поступает на 1 колесо, невозможна). Конструкция такого типа позволяет успешно преодолевать скользкие участки или бездорожье.
Вискомуфта (вязкостная муфта). Разновидность самоблокирующегося дифференциала, в котором блокировка выполняется за счет физических свойств некоторых веществ. Обычно сюда заливается дилатантная жидкость, основой которой служит силикон. При нормальной температуре и без перемешивания она сохраняет жидкое состояние. Однако при нагревании она расширяется и приобретает консистенцию клея. Подобная конструкция очень простая и дешевая, поэтому ее устанавливают на большинство «паркетников». Однако данный узел неремонтопригоден, неустойчив к длительной работе и не может быть подключен вручную. Полная блокировка колес возможна только при очень сильной пробуксовке.
Torsen (англ. Torque и Sensing). Еще один тип с самоблокировкой. По устройству и принципу работы дифференциала Torsen несколько отличается от предыдущих моделей. Принцип действия — за счет свойства червячной передачи заклинивать при определенном соотношении крутящих моментов. Данная разновидность узла используется на многих полноприводных автомобилях (например, на моделях марки Audi). Преимущество Torsen в его простоте и надежности. Он действует чисто механически и не связан с электроникой. Этот узел стабильнее вискомуфты. Основной недостаток конструкции заключается в том, что авто невозможно сдвинуть, если сразу 2 колеса одной оси проскальзывают. Кроме того, изделия Torsen достаточно дороги.

Электронный. Блокировка выполняется в автоматическом режиме посредством бортового компьютера. Главное преимущество такой конструкции – возможность настройки степени блокировки. Также этот узел хорошо стабилизирует машину при возникновении избыточной «поворачиваемости». Однако крутящий момент здесь всегда смещается на колесо с меньшей скоростью вращения.

Многодисковый. В конструкции есть подпружиненные фрикционные диски. Механизмы такого типа применяют редко, потому что они быстро изнашиваются. Чаще всего их используют в автоспорте.

Что такое блокировка дифференциала в автомобиле

Это способ заблокировать сателлиты, чтобы исключить их вращение вокруг своей оси или соединить шестерню полуоси с корпусом дифференциала. Крутящий момент будет передаваться равномерно или в определенном соотношении между двумя полуосями ведущих колес. Существует два вида блокировок – жесткая и частичная.

В первом случае, все части дифференциала будут заблокированы, момент будет передаваться на все ведущие колеса. На многих внедорожниках этот режим называется «Lock». Второй вид – в нем используются дифференциалы повышенного трения. В них мощность передается в определенной пропорции между буксующим колесом и заблокированным. Чем быстрее вращается свободная ось, тем больше крутящего момента идет на «стоячее» колесо.

Жесткая или принудительная блокировка

Она активируется принудительным нажатием кнопки в салоне или физическим перемещением определенного элемента в механизме. В последнем случае водителю нужно было перемещать рычаг и при помощи тросов происходило смещение муфты, блокирующей ось колеса с корпусом дифференциала. В современных авто применяются пневматические, гидравлические или электрические привода. В некоторых случаях используется не межколесная блокировка, а межосевая, мощность передается между передними и задними колесами машины в соотношении 50:50, 50:40, в зависимости от настроек.

Частичная блокировка или LSD

LSD – этот термин означает, что в авто применяется дифференциалы ограниченного, частичного проскальзывания.

Они бывают:

Вязкостная муфта (вискомуфта). Состоит из набора дисков, часть которых закреплена с корпусом, вторая – с ведущим валом. Вся конструкция находится в герметичном корпусе, заполненном специальным силиконом. При увеличении скорости вращения ведущего вала выше скорости корпуса, диски на валу начинают мешать собой силикон. Он меняет свои свойства, становится вязким. Тем самым повышается коэффициент трения между дисками, дифференциал блокируется. При уравнивании скоростей, силиконовая смазка восстанавливает свою вязкость и диски разблокируются.

Дисковые муфты повышенного трения. В них вместо силикона применяются фрикционные диски. Часть находится на полуоси, часть на корпусе дифференциала. При прямолинейном движении колес весь механизм работает как одно целой. При проскальзывании одной из осей, за счет силы трения дисков он блокируется, передавая момент на оба колеса.

Червячные. Ярким примером является дифференциал Торсен. В его конструкции применяются сателлиты червячного типа, которые могут вращаться от червячных шестерен полуосей, а сами вращать их не могут – блокируются. При повышении угловой скорости одной оси происходит блокировка сателлитов и перераспределение мощности на колесо с хорошим сцеплением с дорогой. Чем быстрее проскальзывает колесо, тем больше момента передается на другую ось. Происходит автоматическая частичная блокировка дифференциала, без участия водителя. При выравнивании скоростей, червячные сателлиты разблокируются и механизм вернется в исходное состояние.

В последнее время на современных автомобилях появилась третий вид блокировок – имитация блокировки межколесного дифференциала. Здесь все происходит в автоматическом режиме. Система считывает данные с датчиков ABS о скорости вращения ведущих колес. Если они сильно различаются, то тормозная система «прикусывает» колесо, которое быстрее крутится, буксует, часть энергии вращения передается на колесо с хорошим сцеплением. В данных системах не применяются дорогие и сложные конструкции для блокировок, используется свободный дифференциал и электронная система с датчиками АБС – это удешевляет конструкцию и конечную стоимость автомобиля. Но эффективности в ней меньше, чем настоящих, физических блокировок. Подробнее о принципах работы разных типов дифференциалов поговорим в других статьях. Сейчас приведем основные недостатки таких блокировочных механизмов.

Недостатки

1. Сложная конструкция, ведущая к дорогому ремонту
2. Повышенные требования к обслуживанию
3. Большой нагрев механизма, в результате повышенного трения элементов. При длительном использовании сокращается срок службы деталей и всего агрегата в целом
4. Установка дополнительной электроники, контролирующей температуру элементов муфты и другие параметры, обеспечивающие надежность, долговечность механизма

Особенности устройства и принцип работы

В техническом плане дифференциал обладает весьма простой конструкцией, которая при этом способна выдерживать существенные нагрузки.

По типу он являет собой редуктор планетарный, снабжённый полным набором необходимых составляющих. Он состоит из:

• Шестерней полуосей, соединённых с сателлитами и не контактирующих с прочими составляющими дифференциала;
• Сателлитов, закреплённых в «чашке» ведомой шестерни, из-за чего они вращаются одновременно;
• Ведомой шестерни, связанной с шестерёнками-сателлитами и основной передачей;
• Шестерни основной передачи, подающей на дифференциал вращение от КПП.

С какими трудностями можно столкнуться?

Чаще всего, слабым местом автомобильного редуктора являются рабочие комплектующие, то есть те, которые подвержены значительному износу. Основной причиной являются повышенные нагрузки и длительное масляное голодание. Последний фактор связан с дефицитом или полным отсутствием трансмиссионной жидкости.

О поломке редуктора в автомобиле свидетельствует неприятный звук, гул, вибрация и щелчки в узлах, в которых сообщаются шестерни и подшипники. Если из строя вышли сальники, наблюдается течь трансмиссионной жидкости, регулярно просачивающиеся через образовавшиеся трещины.

редуктор в автомобиле поломка

Повреждение корпуса с обрывом креплений – нечастое, но весьма опасное явление. Оно происходит вследствие наезда транспортного средства на какое-то высокое или острое препятствие. В 70% случаев после подобного происшествия в месте крепления корпуса образуется трещина или группа трещин. Сразу они не вызовут никаких проблем, но в дальнейшем в них попадает грязь, пыль, вредящая структуре трансмиссионной жидкости.

Впоследствии сырье не может выполнять ранее возложенные на себя функции охлаждения и смазки шестерен. Это приводит к их перегреву, износу и даже поломке зубьев. Если корпус автомобильного редуктора подвергался повреждениям, об этом может свидетельствовать громкий гул от работающих элементов. Это заметно влияет на акустику и комфорт при езде. В местах повреждения корпуса или его креплений образуется течь масла.

Агрегаты трансмиссии автомобиля

Независимо от типа трансмиссии, этот механизм состоит из нескольких узлов, которые обеспечивают эффективность и высокий КПД устройства. Вот из каких агрегатов состоит коробка передач.

Диск сцепления

Этот элемент обеспечивает жесткую сцепку маховика двигателя с ведущим валом главной передачи. Однако при необходимости данный механизм также разъединяет мотор и коробку. Механическая трансмиссия оснащается корзиной сцепления, похожее устройство имеет и робот.

В автоматических модификациях эту функцию выполняет гидротрансформатор. Единственное отличие – диск сцепления может обеспечить прочную связь мотора и механизма трансмиссии даже при заглушенном моторе. Это позволяет использовать передачу в качестве противооткатного механизма в дополнение к слабому ручнику. Сцепление позволяет запустить двигатель с толкача, чего нельзя сделать на автомате.

Механизм сцепления состоит из таких элементов:

• Фрикционные диски;
• Корзина (или корпус, в котором расположены все элементы механизма);
• Вилка (перемещает нажимной диск, когда водитель нажимает на педаль сцепления);
• Ведущий или первичный вал.

Среди разновидностей сцепления бывают:

• Сухие. В таких модификациях используется сила трения, благодаря чему фрикционные поверхности дисков не позволяют им проскальзывать во время передачи крутящего момента;
• Мокрые. Более дорогая модификация, в которой используется гидротрансформаторное масло, продлевающее срок службы механизма, а также делающее его более надежным.

Главная передача

Основная задача главной передачи – принимать усилия, поступающие от мотора и передавать их на подсоединенные узлы, а именно на ведущий мост. Главная передача увеличивает КМ (крутящий момент) и вместе с тем уменьшает обороты ведущих колес авто.

Машины с передним приводом оснащаются данным механизмом возле дифференциала КПП. Модели с задним приводом имеют этот механизм в картере заднего моста. В устройство ГП входит полуось, ведущая и ведомая шестерни, полуосевые шестерни, а также шестерни-сателлиты.

Дифференциал

Передает крутящий момент, изменяет его и распределяет на несоосные механизмы. Форма и принцип работы дифференциала отличаются в зависимости от привода машины:

• Заднеприводная модель. Дифференциал устанавливается в картере моста;
• Переднеприводная модель. Механизм установлен в коробке передач;
• Полноприводная модель. Дифференциал находится в раздаточной коробке.

В конструкцию дифференциала входит планетарный редуктор. Существует три модификации планетарной передачи:

• Коническая – используется в межколесном дифференциале;
• Цилиндрическая – применяется в межосном дифференциале полноприводного авто;
• Червячная – считается универсальной модификацией, которую можно использовать, как в межколесном, так и межосном дифференциалах.

В устройство дифференциала входят осевые шестерни, закрепленные в корпусе. Они связываются между собой планетарной передачей, которая состоит из шестерен-сателлитов. Подробней об устройстве дифференциала и принципе работы читайте здесь.

Карданная передача

Карданная передача – это вал, состоящий из двух или больше частей, которые соединены между собой при помощи шарнирного механизма. Она используется в разных частях автомобиля. Основное применение – в заднеприводном транспорте. Коробка передач в таких автомобилях часто находится ниже, чем редуктор заднего моста. Чтобы ни механизм коробки, ни редуктора не испытывал дополнительную нагрузку, вал, расположенный между ними должен разделяться на секции, соединение которых обеспечивало бы плавное вращение при деформации узла.

Если кардан неисправен, то в процессе передачи крутящего момента ощущаются сильные шумы и вибрации

Когда водитель заметил такой эффект, ему следует уделить внимание ремонту, чтобы из-за повышенных вибраций не вышли из строя механизмы трансмиссии

Чтобы трансмиссия прослужила максимально эффективно и долго без ремонтов, каждую коробку необходимо обслуживать. Производитель устанавливает свой срок планового ТО, о чем автовладелец информируется в технической документации. Чаще всего этот период находится в районе 60 тысяч километров пробега авто. В техническое обслуживание входит замена масла и фильтра, а также сброс ошибок, если такие имеются в электронном блоке управления.

Подробней об уходе за коробкой рассказано в другой статье.

Разновидности автомобильных дифференциалов

Помимо конического, цилиндрического и червячного, существуют и успешно используются следующие разновидности дифференциалов: дифференциал с полной блокировкой, дифференциал Торсен, дифференциал Квайф, вискомуфта.

Дифференциал с полной блокировкой

Дифференциалы этого типа чаще всего используются на грузовиках и внедорожниках. Их блокировка включается и отключается непосредственно из салона с помощью специальной клавиши водителем. Они используются для повышения проходимости автомобилей.

Межосевой дифференциал с блокировкой типа Torsen

Конструкция рабочего привода данной системы состоит из следующих единиц:

1. корпус;
2. правая полуосевая шестерня;
3. левая полуосевая шестерня;
4. сателлиты правой и левой полуосевых шестерен;
5. выходные валы.

Стоит отметить, что дифференциал Torsen имеет наиболее совершенную конструкцию.

Принцип работы:

Межосевой блокируемый дифференциал Torsen состоит из ведомых и ведущих червячных колес, иначе называемых полуосевыми и саттелитами. В такой системе блокировка случается вследствие особенностей функционирования шестерен данного типа. В нормальном состоянии им задается определенное передаточное число. Если колеса имеют хорошее сцепление с поверхностью и движутся плавно, работа дифференциала происходит точно так же, как и у симметричного. Но как только происходит резкое увеличение момента, саттелит пытается начать движение в обратную сторону. Полуосевая червячная шестерня перегружается, и происходит блокировка выходных валов. При этом лишний крутящий момент двигателя переходит на другую ось. Максимальная степень перераспределения момента для дифференциалов Torsen – 75 на 25.

Наиболее известной разновидностью данной системы является Torsen Audi Quattro. Это один из самых популярных механизмов в конструкциях современных полноприводных автомобилей. Его неоспоримыми преимуществами являются широкий спектр переброса вращающего момента, мгновенная скорость срабатывания и отсутствие негативного влияния на тормозную систему. А вот к недостаткам можно отнести сложность конструкции со всеми сопутствующими последствиями.

Преимущества дифференциалов этой конструкции

Преимуществ у данной конструкции достаточно много. Данный механизм устанавливают за то, что точность его работы чрезвычайно высокая, при этом работает устройство очень плавно и тихо. Мощность распределяется между колесами и мостами автоматически – какое-либо вмешательство водителя не нужно. Перераспределение момента никак не влияет на торможение. Если дифференциал эксплуатируется корректно, то обслуживать его не нужно – от водителя требуется только проверять и периодически менять масло.

Именно поэтому многие водители ставят дифференциал “Торсен” на “Ниву”. Там также применена система постоянного полного привода и никакой электроники, поэтому нередко любители экстрима меняют штатный дифференциал на данный узел.

Недостатки

Есть и минусы. Это высокая цена, ведь внутри конструкция устроена достаточно сложно. Так как дифференциал работает на принципе терния, из-за этого повышается расход топлива. При всех преимуществах КПД довольно низкий, если сравнивать с похожими системами другого типа. Механизм имеет высокую предрасположенность к заклиниванию, а износ внутренних элементов довольно интенсивный. Для смазки нужны специальные продукты, так как при работе узла выделяется много тепла. Если на одной оси установлены разные колеса, то детали изнашиваются еще более интенсивно.

Дифференциалы Квайф

Отличительной особенностью дифференциалов этого типа является то, что сателлиты в них располагаются параллельно оси вращения корпуса (чаши), причем в два ряда. Кроме того, при функционировании этих агрегатов образуются силы трения, которые при необходимости автоматически осуществляют блокировку, повышают проходимость и силу тяги автомобиля. Чаще всего дифференциалы Квайф используются для тюнинга легковых автомобилей и внедорожников.

Вискомуфта

Функционирование этот типа дифференциала основано на том же принципе, что и работа гидротрансформатора. Чаще всего вискомуфты используются в автомобилях с полным приводом и используются для того, чтобы обеспечивать связь передних колес с задними по следующему принципу: если одни из них проскальзывают, то крутящий момент транслируется на другие, за счет чего и решается проблема пробуксовки. Конструктивно вискомуфта представляет собой цилиндр, в которой находится погруженный в вязкую жидкость пакет металлических дисков, имеющих перфорацию, и соединенных с валами (как ведущим, так и ведомым). В зависимости от температуры вязкость жидкости меняется, на чем и основывается принцип работы этого агрегата.

Возможные неисправности и как их устранить

О том, что дифференциал неисправен, могут свидетельствовать следующие признаки:

• шум во время работы устройства;
• удары во время передвижения транспортного средсва;
• стук во время езды;
• протекание смазки.

К наиболее распространенным неисправностям устройства можно отнести следующие.

• Заклинивание моста. Вызывается смещением оси сателлитов. Неисправность проявляется в полной неспособности задних колес вращаться или неравномерном вращении. Проблема решается разборкой дифференциального механизма и установкой сателлитов на место.
• Протечка масла. Если в дифференциал попадают излишки масла, это приводит к повышенным нагрузкам на его конструктивные элементы. В результате происходит их повышенный износ. Решается проблема устранение протечки.
• Повреждение подшипника. Может быть вызвано износом. Решается полной заменой подшипника.
• Износ зубцов шестерен. Происходит естественным образом из-за повышенных нагрузок. Тоже решается путем замены изношенной детали.

В некоторых случаях элементы с признаками износа менять не обязательно. Это касается в первую очередь шлицев, опорных шайб, сателлитов. Иногда бывает достаточно подшлифовать их наждачной бумагой. Однако такие действия возможны только при малой степени износа. Если он значительный, все-таки требуется полная замена.

Принцип работы

Дифференциал функционирует следующим образом:

1. От КПП отходит валик основной передачи, от которого вращение поступает на шестерёнку ведомую;
2. Шестерёнка ведущая вместе со скреплённой с ней «чашей» (водилом) принимают крутящий момент;
3. При вращении «чаша» и шестерёнка ведома активизируют движение шестерёнок-сателлитов;
4. Сателлиты передают вращение на полуоси;
5. Если нагрузка на оси равномерна (при движении автомашины по прямым дорогам с равномерным покрытием) то вращение сателлитов не происходит. Функционирует исключительно ведомая шестерёнка, в чьей чаше крепятся сателлиты. Вместе с ней они описывают обороты, не осуществляя при этом вращений вокруг собственной оси. Момент вращения, таким образом, поровну на все оси.
6. При повороте автомашины, когда одно колесо должно замедлить движение, в то время, как второе – ускорить его, сателлиты приводятся в движение. Коническая зубчатая передача при вращении ускоряют одну полуось и замедляют другую. Проще говоря, они осуществляют перераспределение момента вращения в требуемой пропорции без потери усилий.
7. В случае пробуксовки 1-го колеса активируется блокировочный механизм, без использования которого на колесо, вращающееся быстрее, пришлось бы потратить без остатка весь момент вращения. Без применения авто останавливается в случае попадания хоть одного колеса на любую скользкую поверхность.

Устройство и принцип работы

С технической точки зрения дифференциал устроен достаточно просто, но при этом он способен выдерживать огромные нагрузки. Что внутри этого узла и как он работает?

Устройство типового дифференциала

По своему типу это планетарный редуктор со всеми необходимыми элементами.

1. Шестерня главной передачи – подает вращение от КПП на дифференциал.
2. Ведомая шестерня связана и с главной передачей, и с шестернями-сателлитами.
3. Сателлиты – закреплены в «чашке» ведомой шестерни, так что вращаются вместе с ней.
4. Шестерни полуосей – соединены с сателлитами и не контактируют с остальными элементами дифференциала.

Детально показано на видео-ролике, ниже.

1. От КПП выходит вал главной передачи, от которого вращение передается на ведомую шестерню.
2. Ведомая шестерня и скрепленная с ней «чашка» (водило) принимают крутящий момент.
3. Вращаясь, ведомая шестерня и чашка приводят в движение шестерни-сателлиты.
4. Сателлиты, в свою очередь, передают вращение на полуоси.
5. При равной нагрузке на полуоси (когда автомобиль движется по прямой дороге с равномерным покрытием) сателлиты не вращаются. Работает только ведомая шестерня, в чашке которой закреплены сателлиты, и они описывают обороты вместе с ней, при этом не совершая вращения вокруг своей оси. Таким образом, момент вращения распределяется на полуоси поровну, 50:50.
6. Когда автомобиль поворачивает и одно из колес должно замедлить, а второе – ускорить движение, сателлиты приходят в движение. За счет конической зубчатой передачи они, вращаясь, замедляют одну полуось и ускоряют вторую. Другими словами, перераспределяют момент вращения в нужной пропорции, вплоть до 0:100 без потери усилия.
7. При пробуксовке одного колеса включается механизм блокировки, без которого на то колесо, которое вращается быстрее, ушел бы весь момент вращения. Без блокировки автомобиль останавливается при попадании хотя бы одного колеса на скользкую поверхность.

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.