Дифференциал: распределяем крутящий момент

В конструкции трансмиссии любого автомобиля обязательно присутствует такой составной узел как дифференциал авто. Этот элемент очень важен и выполняет ряд функций, без которых передвижение на авто и его управление было бы очень затруднительным.

Трансмиссия обеспечивает передачу крутящего момента от ДВС на колеса ведущей оси. Но поскольку условия передвижения могут быть самыми различными, необходимо обеспечить распределение подающегося вращения по колесным осям. То есть, нужно сделать так, чтобы колеса приводной оси могли крутиться с разными скоростями.

Если бы приводные колеса были связаны между собой жестко (объединены одной осью), то при определенных условиях возникала бы пробуксовка. Так, при вхождении в поворот колеса перемещаются по разным радиусам, что сказывается на пути, который каждое из них должно пройти. Колесо, перемещающееся по внутреннему радиусу, должно преодолеть значительно меньшее расстояние, чем-то, что идет по внешнему. Жесткая связка колес приведет к тому, что внутреннее колесо будет просто пробуксовывать, поскольку его скорость вращения больше, чем нужна для преодоления пути. А это в свою очередь обеспечивает повышение нагрузки на элементы трансмиссии, ухудшает управляемость, приводит к интенсивному износу шин.

Устранить этот негативный фактор и позволяет дифференциал. Этот узел обеспечивает передачу момента по полуосям, а также крутиться им с различной угловой скоростью.

Принцип работы

Для примера рассмотрим принцип работы самого распространенного типа дифференциала – конического. Состоит такой узел из корпуса, шестеренок, закрепленных на полуосях, а также сателлитов.

устройство дифференциала

Устройство симметричного конического дифференциала

Компоновка дифференциала такая – корпус зафиксирован на ведомом шестеренчатом колесе главной передачи. Внутри него на жестко закрепленных осях расположены сателлиты. Полуоси, передающие вращение на колеса, своими концами заходят в корпус. Полуосевые шестеренки имеют постоянное зацепление с шестернями-сателлитами. В общем, все достаточно просто.

Сателлиты имеют две степени движения. Они зафиксированы на осях в корпусе, поэтому и вращаются вместе с ведомым шестеренчатым колесом главной передачи. Также они могут крутиться и вокруг своей оси.

При прямолинейном передвижении колеса ведущей оси испытывают одинаковое сопротивление, поэтому момент делится по полуосям равномерно. Сателлиты в этом случае вращаются лишь с корпусом, а относительно своих осей они неподвижны.

При вхождении в поворот, колесо, движущееся по внутренней стороне, испытывает повышенное сопротивление, по сравнению с внешним. Поскольку жесткой связи между ними нет, то из-за возникшего сопротивления внутреннее колесо замедляется и возникает разница в угловых скоростях на полуосях. Это приводит к тому, что сателлиты начинают крутиться на осях, передавая больший момент на полуось колеса, движущегося по внешней стороне. То есть, благодаря дифференциалу замедление одного колеса приводит к ускорению второго.

Но в функционировании дифференциала есть один существенный недостаток – при потере сопротивления на одном колесе узел весь крутящий момент подаст на него. В результате, при вывешивании одного из ведущих колес или его попадании на скользкий участок, все вращение пойдет на него, второе же колесо остановиться – автомобиль окажется обездвиженным. Для борьбы с этим негативным качеством используются блокировки, которые предотвращают подачу всего крутящего момента только на одну полуось.

Виды узлов

Выше описан принцип работы дифференциала на примере только одного типа узла. На авто же применяются различные варианты этой составляющей трансмиссии. Все существующие виды дифференциалов можно разделить по ряду категорий:

  1. Место расположения
  2. Соотношение моментов при распределении
  3. Конструкция
  4. Наличие блокировки

Помимо этого, вместо дифференциалов в конструкции авто могут применяться различные муфты, выполняющие ту же функцию, что и дифференциал. Также современные технологии позволяют полностью отказаться от использования дифференциалов, а их роль выполняют системы безопасности.

Места установки

На легковых авто с одной ведущей осью применяется только один дифференциал. В заднеприводных моделях он располагается в ведущем мосту (там, где установлена главная передача). В переднеприводных же моделях этот узел входит в конструкцию КПП.

дифференциал в коробке передач

Пример компоновки дифференциала в МКПП переднего привода

Поскольку дифференциалы на легковых авто обеспечивают распределение крутящего момента между колесами, то они получили название межколесных.

В полноприводных моделях, в которых ведущими являются обе оси, используется два межколесных дифференциала, по одному на каждый ведущий мост.

Отметим, что в полноприводных моделях есть еще одно место распределения крутящего момента – раздаточная коробка, которая подает вращение на обе оси. И здесь также требуется разделение момента, но в этом случае – между мостами, поэтому в конструкции раздатки также применяется дифференциал, называющийся межосевым.

схема расположения дифференциалов в разных типах привода

Виды и расположение дифференциалов в зависимости от привода

На многоосных грузовиках с несколькими ведущими осями есть еще одно место установки дифференциала – между группой приводных мостов. Этот узел носит название центрального.

Распределение моментов

Соотношение моментов при распределении бывает разным – симметричным и несимметричным. Первый вариант описан выше – такой узел при движении на ровном участке дороги распределяет момент одинаково на обе полуоси, а его изменение происходи только при изменении условий движения.

Все межколесные дифференциалы являются симметричными

Несимметричные дифференциалы отличаются тем, что передача вращения между двумя осями осуществляется в определенной пропорции, причем неравной. К примеру, на многих кроссоверах используется межосевой дифференциал с соотношением 40/60. Это означает, что крутящий момент, поступающий на раздаточную коробку, делится и на передний ведущий мост поступает 40% вращения, а на задний – 60%. В этом случае передняя ось является больше вспомогательной, позволяющей повысить проходимость, основным же выступает задний мост.

Несимметричное распределение вращения обеспечивают и муфты, которые устанавливаются вместо межосевого дифференциала. При этом муфты позволяют обеспечивать распределение вращения не в строго заданной пропорции, а в целом диапазоне. То есть, на ряде авто с постоянным полным приводом, в зависимости от условий движения, муфта может менять соотношение от 40/60 до 0/100.

Конструктивное исполнение

Все дифференциалы, используемые на авто, построены по единому принципу – на основе планетарной передачи. Но конструктивных исполнений узла – несколько:

  1. Конический
  2. Цилиндрический
  3. Червячный
  4. Кулачковый
виды дифференциалов

Виды конструкций дифференциалов

Во всех их, кроме кулачкового, разница сводится только к форме и конструктивному исполнению шестерен.

В конических и цилиндрических дифференциалах используются шестеренки соответствующей формы.

Более интересны в плане конструкции червячный и кулачковый узлы. В первом варианте используется червячное зацепление между сателлитами и полуосевыми шестеренками. Такие дифференциалы получили общее название Torsen. Примечательно, что разработано несколько видов конструкции Torsen. Вариант Т1 отличается тем, что сателлиты в нем располагаются перпендикулярно оси вращения. Во втором варианте – Т2, сателлиты располагаются уже параллельно полуосям. Существует еще один тип червячного дифференциала – Quaife. В нем, как и Torsen Т2, сателлиты расположены параллельно, а отличие сводится к форме самих шестеренок.

В кулачковом узле шестеренок вообще нет. В них основными рабочими элементами выступают специальные сухари, установленные между двумя звездочками (кулачковыми шайбами) – внутренней и наружной. Из-за особенностей функционирования этот узел является – дифференциалом повышенного трения.

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.

Активный дифференциал

Все перечисленные виды дифференциалов работают полностью самостоятельно и вполне справляются с поставленной задачей. Но конструкторам показалось этого мало, поэтому ими был придуман и создан так называемый активный дифференциал.

В обычных узлах распределение вращения делается пропорционально. То есть, замедление одного колеса приводит к пропорциональному возрастанию вращения на втором. Активный же дифференциал позволяет подкорректировать эти пропорции.

Суть его такова – если при прохождении поворота на наружном колесе сделать скорость вращения больше, чем это обеспечивает дифференциал, то возникает эффект подруливания. За счет этого колесо, идущее по внешнему радиусу, «доворачивает» авто, позволяя ему лучше войти в поворот.

А реализовано это путем установки дополнительных планетарных редукторов на полуоси. Причем эти редукторы срабатывают только в определенные моменты, и для этого дополнительные узлы оснастили муфтами с электроприводом.

принцип работы активного дифференциала

Принцип работы активного дифференциала

Суть работы активного дифференциала такова – при вхождении в поворот, на полуоси внешнего колеса срабатывает муфта, включая редуктор. Дополнительная передача обеспечивает повышение скорости вращения полуоси, а соответственно и колеса, и оно начинает «подруливать».

Как видно дифференциалы очень разнообразны, и автопроизводители не останавливаются на достигнутом. От модели к модели повышаются их возможности и пределы, скорость работы постоянно возрастает. В конечном счете это может отразиться на надежности в любую из сторон, но безусловно наш комфорт и безопасность возрастает.

Поделиться:
Комментировать