Виды блокировок дифференциала

Основные неисправности

Всё, что работает, может и выходить из строя, ничего с этим не сделаешь. И компоненты трансмиссии тоже подвержены поломкам в той или иной степени. Основные неисправности компонентов трансмиссии имеют свои характерные особенности:

1. Механическое сцепление можно назвать расходником. Чаще всего в нём выходит из строя ведомый диск, так что при появлении таких проблем как проскальзывание, нечеткая работа, скрежет и т.д. диск меняют, а остальные компоненты осматривают на предмет выработки. Срок службы сцепления во многом зависит от манеры вождения.
2. Коробка передач – самый сложный и дорогостоящий узел во всей трансмиссии. Самая частая причина ее неисправности – несвоевременная замена трансмиссионной жидкости, которая во время работы постепенно деградирует и перестает выполнять свои функции, и вместо защиты механизма начинает с удвоенной силой его изнашивать. Признаками неисправности коробки являются шум при работе, в том числе при установке в нейтральное положение, нечеткое переключение передач или вообще невозможность их переключить, утечка масла из коробки.
3. Карданный вал – штука достаточно прочная, но там, где есть шарнир, есть и его износ. Проблемы с карданным шарниром проявляются скрипом и вибрацией во время движения.
4. Поломки главной передачи и дифференциала вызваны, как правило, двумя причинами: утечкой масла и неадекватными нагрузками. При недостаточном уровне смазки ускоряется выработка шестерен, в них появляются зазоры, а во всём механизме – вибрация. В свою очередь масло утекает через изношенные сальники. Механические неисправности проявляются шумом во время работы или характерным постукиванием в начале движения.
5. ШРУСы, несмотря на большую нагрузку, выходят из строя редко. Их главный враг – вода, которая попадает в механизм через порванные пыльники. Если владелец автомобиля следит за состоянием ходовой и вовремя меняет расходные материалы, он может никогда в жизни не узнать, как хрустит изношенный ШРУС. Если же пыльник порвался, это стопроцентная гарантия близкой замены шарнира, даже если с ним пока всё в порядке.

Назначение

Применение дифференциалов в трансмиссиях автомобилей обусловлено необходимостью обеспечить вращение ведущих колёс одной оси с разной частотой. В первую очередь это необходимо в поворотах, но также и при разном диаметре ведущих колёс, что возможно при вынужденной установке шин двух разных типоразмеров или при разности давления в шинах. В случае, если оба колеса имеют жёсткую кинематическую связь, любое рассогласование частот вращения по вышеупомянутым причинам приводит к возникновению так называемой паразитной циркуляции мощности. Это безусловно вредное явление вызывает проскальзывание колеса с меньшей силой сцепления относительно поверхности дороги, дестабилизирует движение автомобиля по дуге, нагружает трансмиссию и двигатель, повышает расход топлива и проявляется тем сильнее, чем меньше радиус поворота и выше силы сцепления, действующие на колёса. Дифференциал, установленный в разрез валов привода колёс одной оси, позволяет разорвать жёсткую кинематическую связь между колёсами и устранить паразитную циркуляцию мощности, не потеряв при этом возможностей по передаче мощности на каждое колесо с КПД близким к 100%. Подобный дифференциал называется «межколёсным», а данная область применения является основной для дифференциалов вообще, так как межколёсный дифференциал присутствует в приводе ведущих колёс всех легковых, грузовых и абсолютно подавляющей части внедорожных, спортивных и гоночных автомобилей.

Помимо привода ведущих колёс автомобиля дифференциалы также применяются:

• В приводе двух и более постоянно ведущих осей от одного двигателя (так называемый «межосевой» дифференциал).
• В приводе соосных воздушных и водных винтов противоположного вращения (в качестве дифференциала и редуктора одновременно).
• В дифференциальных механизмах поворота гусеничных машин (в связке из одного-двух-трёх дифференциалов с разными принципами совместной работы).
• При сложении передаваемой вращением мощности от двух двигателей с произвольными частотами вращения на один общий вал.

При повороте автомобиля, все его колеса проходят разный по длине путь, и если между двумя ведущими колесами существует жесткая связь, они начнут проскальзывать. Скольжение колес при повороте приводит к повышенному расходу топлива, износу шин, нарушению устойчивости и т. п.

Дифференциал позволяет ведомым валам вращаться с разными угловыми скоростями и выполняет функции распределения подводимого к нему крутящего момента между колесами или ведущими мостами. Дифференциалы бывают межколесными и межосевыми (в случае установки между несколькими ведущими мостами).

Впервые дифференциал был применен в 1897г. на паровом автомобиле. В настоящее время все автомобили имеют межколесные дифференциалы на ведущих мостах. Наиболее распространенным является конический симметричный дифференциал, включающий в себя: корпус, сателлиты, ось сателлитов (или крестовину) и полуосевые шестерни. Обычно число сателлитов в дифференциалах легковых автомобилей — два, грузовых и внедорожных — четыре.

Симметричный дифференциал получил свое название за способность распределять подводимый момент поровну при любом соотношении угловых скоростей, соединенных с ним валов. Применение такого дифференциала в качестве межколесного, обеспечивает устойчивость при прямолинейном движении, а также при торможении двигателем на скользкой дороге.

Существенным недостатком обычного дифференциала является снижение проходимости автомобиля, если одно из его колес попадает в условия малого сцепления с опорной поверхностью. При этом на колесо, находящееся в нормальных сцепных условиях, нельзя подвести крутящий момент, превышающий тот, который может быть реализован на колесе, находящемся в условиях малого сцепления (это приводит к пробуксовке колеса). Для преодоления этого недостатка в некоторых конструкциях используются Дифференциалы полноприводных автомобилей различных конструкций.

1) с электронной блокировкой;

2) с дисковым дифференциалом;

3) с вязкостной муфтой.

Управление системой осуществляется как механически водителем, так и с помощью специальных блоков управления, которые учитывают угловые скорости колес и разность крутящего момента на переднем и заднем приводе. Полностью автоматические системы позволяют экономить топливо, обеспечивают улучшение проходимости автомобиля, облегчая его управление на высокой скорости и лучше реализуют мощность мотора.

Сегодня подобные системы самоблокирующихся дифференциалов зарекомендовали себя с наилучшей стороны, они отличаются прочностью, надежностью и долговечностью, не требуя в процессе эксплуатации какого-либо сложного обслуживания и ремонта.

Плюсы и минусы заваренного редуктора на бездорожье

В статье про трицикл из мотоцикла Урал я говорил, что дифференциал в жигулевском мосту заварен. Но позже туда был установлен обычный дифференциал. Разница почувствовалась сразу.

Перевернутый жигулевский мост на трицикле

Итак, перечислим основные достоинства заваренного дифференциала на бездорожье:

1. Проходимость. Что есть, то есть. Из-за отсутствия распределения крутящего момента проходимость заметно повышается. Снижается вероятность пробуксовки колеса из-за недостаточного сцепления с поверхностью, что само по себе уже ухудшает это сцепление. Подробнее про этот эффект (трение покоя и скольжения) в статье по типам полного привода (ссылка в конце этой статьи).
2. Прямолинейность движения. С заблокированным редуктором трицикл стремится ехать прямо в любых условиях, что иногда оказывается полезно. Можно, например, тормозить поворотом руля. Но этот эффект скорее мешает, чем помогает. Подробнее чуть ниже.

На этом достоинства «электродуговой» блокировки моста заканчиваются, а недостатков у нее не меньше.

1. Управляемость. Точнее ее отсутствие. Из-за того, что оба задних колеса постоянно вращаются с одинаковой угловой скоростью трицикл поворачивает неохотно. Особенно это мешает при резких поворотах и разворотах. Сложнее точно держать траекторию движения, а если попал в глубокую колею, то выехать из нее почти невозможно.
2. Тяжелое управление. Вытекает из предыдущего пункта. Особенно проявляется при продолжительных поперечных кренах, когда руки просто «затекают» от постоянного напряжения на руле.
3. Нагрузка на конструкцию. Особенно страдает подвеска, как передняя, так и задняя. Пару раз отрывало тяги заднего поста, крепление задних амортизаторов, треснула рама в районе рулевой колонки. С обычным редуктором ничего подобного не наблюдалось, даже при жесткой эксплуатации.
4. Возможно малый срок службы заваренного дифференциала. На Урале ввиду относительно малой мощности двигателя (около 35 л.с. против 75 л.с. у жигулевского) заваренный мост исправно служил более двух лет без каких-либо проблем. Но при использовании «электродуговой» блокировки на автомобиле, да еще и по асфальту, думаю мост долго не протянет.

Вывод

Заметного ухудшения проходимости после установки на трицикл обычного дифференциала не наблюдалось. Даже на скользкой поверхности «гребут» обычно два колеса. Только если сцепление с поверхностью у колес заметно различается, тогда блокировки действительно не хватает. Зато управляемость заметно улучшилась, что позволило виртуозно маневрировать в сложных ситуациях. А это, как я считаю, гораздо важнее. Конечно, блокировка бы не помешала, но только автоматическая или подключаемая вручную. Но не постоянная.

Еще нужно учесть, что перечисленные плюсы и минусы заваренного моста ярко проявляются при использовании его на трицикле. Т.е. если, скажем поставить заваренный мост на автомобиль, у которого база гораздо больше, то управляемость ухудшится не так сильно. А если он еще и полноприводный, то этот эффект будет еще менее заметен. Но лучше все таки потратиться на самоблоки или принудительные блокировки, если речь идет об автомобиле, который будет использоваться не только для бездорожья, но и для повседневных поездок по городу.

Дифференциал автомобиля принцип работы

Момент передается от коробки передач на ведущую шестерню. В зависимости от компоновки привода она находится или на кардане, или на угловом редукторе. Будем рассматривать на примере заднеприводного автомобиля. Здесь она расположена в корпусе механизма.

Через нее момент передается ведомой шестеренки, которая не имеет прямой связи с осями колес. Она закреплена на подшипнике внутри кожуха агрегата. На ней закреплена шестерня сателлита, спутника, которая крутиться вместе с ведомой звездочкой и вокруг своей оси. Таких спутников может быть несколько, в зависимости от мощности, которую нужно передать. Зубья сателлита соединены с шестернями полуосей, на которых находятся колеса. Вращения передается через него на полуоси. Именно работа сателлита играет важную роль в распределении скорости вращения между осями. Существует несколько типов его работы в зависимости от направления движения авто. Рассмотрим их подробно

Прямолинейное движение

В этом случае крутящий момент равномерно передается на колеса. Шестерня «спутника» не вращается вокруг своей оси. Вращение происходит только вместе с ведомой шестеренкой в том же направление. Мощность поровну делится между ведущими колесами. Они крутятся с одинаковой скоростью.

Видео как работает дифференциал при прямолинейном движении:

Поворачиваем налево или направо

Так как скорости колес должны быть разными для лучшего и безопасного прохождения поворота, в работу вступает сателлит. Он начинает крутиться вокруг своей оси, разделяя момент между полуосями в нужных пропорциях, для обеспечения необходимых скоростей вращения колес, чтобы ни одно из них не буксовало и не тормозило.

Направление вращения сателлита вокруг себя зависит от направления поворота. Влево – крутится в одну сторону, увеличивая скорость вращения правого колеса, вправо – в другую, придавая левому больший момент.

Видео как работает дифференциал при повороте автомобиля:

Движение по поверхности с разным коэффициентом сцепления

Я думаю, вы неоднократно видела, как автомобиль, находясь на льду, или грязи одним колесом буксовал. При этом второе колесо находилось на твердой поверхности, но оно стояло, и машина не могла тронуться с места. В этом «заслуга» дифференциала.

Нажимая на педаль газа, момент передается через механизм на сателлит, который сцеплен с полуосями. Колеса находятся на разных поверхностях с разными сцепными свойствами (лед и асфальт), ведомая шестерня начинает вращать «спутник». Он своими зубьями упирается в полуоси и пытается их провернуть. Так как для вращения одного колеса, стоящего на льду сил нужно меньше, а для асфальта больше, то сателлит начинает вращаться вокруг себя в сторону колеса с хорошим сцепления, не передавая на него мощности. Вся энергия уходит на проворот колеса с меньшим сцеплением. Получается, что колесо в ледяной ловушке крутиться, буксует свободно, а колесо на асфальте спокойно стоит без движения.

Именно такой принцип работы дифференциала заставило задуматься инженеров над модернизацией механизма. Что нужно сделать, чтобы не попасть в такую ситуацию? – Правильно, нужно заблокировать сателлит от вращения вокруг своей оси. В этом случае момент будет равномерно делиться между двумя колесами и то, которое находится на жесткой поверхности (асфальте), сможет вытянуть весь автомобиль. Таким образом, люди дошли до изобретения механизма блокировки дифференциала.

Зачем в машине нужен дифференциал

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

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

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

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

Где находится

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

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

Из чего состоит

В состав самых распространённых дифференциалов входят:

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

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

Дифференциал как часть трансмиссии

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

Ведуший мост с дифференциалом в разрезе

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

Схема расположения дифференциала зависит от типа привода автомобиля:

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

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

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

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

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.

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

1. Что такое дифференциал?

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

2. Для чего нужен дифференциал?

Основное предназначение дифференциала – обеспечить возможность вращения колес на одной оси с разной скоростью с сохранением неразрывного потока крутящего момента

Для автомобиля это важно прежде всего в поворотах: ведь при движении по дуге колеса на внешней стороне поворота проходят больший путь, чем колеса на внутренней, а значит, должны вращаться с большей скоростью для сохранения стабильности машины

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

3. Как устроен дифференциал?

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

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

4. Каковы недостатки дифференциала?

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

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

Виды и их особенности дифференциалов

Видео: GPS Навигатор — описание и тест

Видов дифференциалов по месту установки – два:

1. Межколесный.
2. Межосевой.

Дифференциал заднеприводного автомобиля

Первый используется на всех легковых авто с одной ведущей осью, и в его задачу входит только выполнение своей функции. На заднеприводных авто он располагается в заднем мосту и устанавливается на редуктор. То есть редуктор передает вращение на полуоси не напрямую, а через дифференциал.

Дифференциал переднеприводного авто с приводным валом

Что касается переднеприводных авто, то из-за отсутствия карданной передачи и моста с редуктором, вращение от коробки передач передается напрямую на дифференциал (они размещены в одном корпусе), а от него уже оно поступает на приводные валы.

Межосевой дифференциал используется на полноприводных авто, у которых обе оси являются ведущими. Там он нужен для того, чтобы правильно распределять получаемое вращение по осям при движении по неровностям.  К примеру, авто движется на подъем, в результате чего задняя ось находится в низком положении относительно передней. В результате происходит перераспределение массы авто, она начинает больше давить на задок, и установленный узел в этом случае повышает крутящий момент на задних ведущих колесах. И все выполняется с точностью до наоборот на спусках.

При этом на полноприводных авто также требуется распределение вращения и на колесах, поэтому у них в общей сложности используется 3 дифференциала (1 – межосевой и 2 – межколесных).

Основной минус дифференциала

Дифференциал используется для распределения крутящего момента от главной передачи на полуоси ведущих колес. Крутящий момент постоянный, но соотношение его величины на ведущих колесах в определенных ситуациях должно быть разным.

Эта функция важна, когда автомобиль входит в поворот: внешнее колесо перемещается по большему радиусу и, соответственно, преодолевает большее расстояние, чем внутреннее колесо, за тот же период времени. Для того, чтобы успеть, угловая скорость внешнего колеса должна быть увеличенной при повороте.

При изменении направления движения центр тяжести автомобиля смещается в сторону поворота. В результате сила сопротивления качению увеличивается, и внутреннее колесо нагружается сильнее, чем внешнее колесо. Это снижает скорость, а также нагружает полуось. На этом этапе сателлиты в корпусе дифференциала начинают вращаться из-за уменьшения угловой скорости более нагруженного полуоси внутренней шестерни. Они придают второй полуоси больший крутящий момент. Внешнее колесо увеличивает угловую скорость пропорционально тому, насколько внутреннее колесо ее опускает. Благодаря точному соотношению угловых скоростей автомобиль поворачивает плавно, без прыжков и скольжения. Тот же принцип распределения крутящего момента применяется, если одно из колес поскальзывает в грязи, на льду или на неровностях. Он увеличивает крутящий момент за счет ослабления тягового усилия колеса при хорошем сцеплении с дорогой. Критическая ситуация может возникнуть при распределении от 0% до 100%: машина останавливается. Чтобы автомобиль двигался, необходимо перераспределить крутящий момент, чтобы передать его большее значение заряженному колесу. Это невозможно при работающем дифференциале. Поэтому он частично или полностью заблокирован.