Что такое дифференциал в автомобиле: устройство, неисправности и методика выбора |

Дифференциал в автомобиле — назначение, виды, преимущества

В конструкции современных транспортных средств присутствует ряд узлов, которые необходимы для всех моделей и марок. Речь идет о таких агрегатах, как двигатель, коробка передач и тормозная система. В этот же список можно отнести и дифференциал.

Дифференциал присутствует в любом транспортном средстве. В некоторых автомобилях таких узлов может быть установлено несколько. Дифференциал — это механизм, который передает на колеса одной оси одинаковый крутящий момент. Кроме того, данный механизм необходим для равномерного распределения крутящего момента между несколькими ведущими осями. В основе конструкции установлен принцип работы планетарного редуктора. Дифференциалы в автомобиле могут быть представлены в нескольких видах — конический, цилиндрический и червячный.

Между колесами, которые стоят на одной оси, почти всегда ставят конический дифференциал. Цилиндрический применяют в качестве межосевого. Червячный имеет неоспоримое преимущество — универсальность использования. Наиболее распространены в автомобильной сфере дифференциалы конического типа.

Корпус конического дифференциала принимает крутящий момент и передает его на шестеренки полуосей при помощи сателлитов. Последние предназначены для использования в качестве планетарных шестерен. В зависимости от конструкции, таких элементов может быть от 2 до 4.

Если транспортное средство передвигается по прямой дороге, сопротивление каждого колеса должно быть одинаковым. В этот момент сателлиты не задействованы. Полуосевые шестерни вращаются с равной угловой скоростью. Когда автомобиль поворачивает, колесо, расположенное на внутренней стороне поворота, получает большее сопротивление. Вращение полуосевой шестерни замедляется, а сателлиты приступают к движению. Из-за этого скорость вращения колеса увеличивается, но крутящий момент находится на том же уровне.

Когда транспортное средство передвигается по скользкой дороге, и одно колесо начинает пробуксовывать, ситуация аналогичная.

Из-за этого автомобиль чаще всего просто не может сдвинуться с места. Чтобы крутящий момент на колесе мог меняться, в автомобиле используется блокировка дифференциала.

Преимущества и недостатки. В автомобилях, где используется только одна ведущая ось, применяют один дифференциал. Если в транспорте несколько ведущих осей, на каждой из них присутствует данный механизм. Автомобили, отличающиеся хорошей проходимостью и наличием двух ведущих осей, имеют тройной дифференциал. Два из них ставятся на ведущих осях, а третий — между ними.

Главное преимущество дифференциала заключается в том, что он обеспечивает одинаковый крутящий момент для всех колес, которые вращаются с разной скоростью. Если же рассматривать недостатки механизма, можно выделить проблему пробуксовки, при потере контакта с дорожным покрытием. Решается проблема довольно просто — при помощи механизма блокировки, который может быть выполнен в ручном или автоматическом формате.

Итог. Дифференциал представляет большую важность в транспортном средстве и обеспечивает одинаковый крутящий момент на всех колесах, даже если они вращаются с разной скоростью.

 

Дифференциал на автомобиле — ПРАВИЛЬНОЕ СТРОЕНИЕ МАШИН

Всем механикам с юности памятна картинка со схемой движения автомобиля по кривой, когда его внешние колеса проходят больший путь, чем внутренние. С ее помощью во многих учебниках для водителей разъясняются назначение и принцип действия дифференциала. Часто все сводится к тому, что дифференциал позволяет ведущим колесам вращаться с различными скоростями и, таким образом, обеспечивает нормальное движение автомобиля на поворотах.

Такие разъяснения не то чтобы совсем неправильны, но слишком упрощены и сути работы дифференциала не раскрывают.  Конечно, в серьезных книгах все изложено правильно. Там сказано, что назначение межколесного дифференциала на автомобиле состоит в распределении крутящего момента строго поровну между ведущими колесами одного моста, а межмостового дифференциала – в распределении крутящего момента между ведущими мостами, — поровну или в оптимальной пропорции (несимметричный дифференциал).

Эту ситуацию можно считать вполне допустимой для водительских учебников и для популярной литературы, пока объяснения просто не полны и ограничиваются фразами типа:

«Дифференциал – это механизм, у которого ведущие колеса вращаются независимо друг от дружки».

Строго говоря, вращаются они «зависимо», ну да ладно, — что-то похожее на правду сказано, а об остальном ни слова, чтобы не забивать голову людям без специальной подготовки.

 

Хуже, когда авторы, тиражируют свое неправильное понимание сути работы механизма, как это сделано, например, в книге:

Зеленин С.Ф., Молоков В.А. Учебник по устройству автомобиля, М., «Русьавтокнига», 2000 г., 80 с. Тираж 15000 экз.

Цитата из этой книги:

 

«Дифференциал предназначен для распределения крутящего момента между полуосями ведущих колес при повороте автомобиля и при движении по неровностям дороги. Дифференциал позволяет колесам вращаться с разной угловой скоростью и проходить неодинаковый путь без проскальзывания относительно покрытия дороги.

Иными словами 100% крутящего момента, который приходит на дифференциал, могут распределяться между ведущими колесами как 50 х 50, так и в другой пропорции (например, 60 х 40). К сожалению, пропорция может быть и 100 х 0. Это означает, что одно из колес стоит на месте (в яме), а другое в это время буксует (по сырой земле, глине, снегу).

Что поделаешь! Ничто не бывает абсолютно правильным и идеальным, зато данная конструкция позволяет автомобилю поворачивать без заноса, а водителю не менять каждый день напрочь изношенные шины.

Рис. 38 Главная передача с дифференциалом

1 — полуоси; 2 — ведомая шестерня; 3 — ведущая шестерня; 4 — шестерни полуосей; 5 — шестерни-сателиты

 

Это уже не упрощение, а просто введение в заблуждение читателей. Здесь, кроме второго предложения и иллюстрации, все неправда (в первом предложении нужно вставить слово «поровну», а точку поставить после слова «колес» и т.д.).

Только однажды в учебнике для профтехобразования мне довелось встретить правильное и при этом простое и наглядное разъяснение сути работы дифференциала. Было это давно и помню только, что это был учебник для водителей зерновых комбайнов.

Там читателю предлагалось вообразить, что две полуосевые конические шестерни «развернуты» в две зубчатые рейки, эти рейки лежат на воображаемом столе, а между ними помещен сателлит  в виде прямозубой шестерни. Выглядит это примерно так:

Объяснение сути работы дифференциала основано на его конструкции и на третьем законе Ньютона, который гласит: сила действия равна по модулю и противоположна по направлению силе противодействия. На следующем рисунке показано силовое взаимодействие сателлита с рейками, когда движущая сила Д приложена к оси сателлита и этот сателлит толкает обе рейки по столу, причем силы сопротивления движению левой и правой реек С_лев  и С_прав одинаковы (силы трения реек о поверхность воображаемого стола) и каждая из них равна половине общей силы сопротивления С. Силы со стороны сателлита передаются на рейки в точках зацепления зубьев сателлита с зубьями реек. Благодаря равенству сил сопротивления движению С_лев  и С_прав, равны между собой и движущие силы на зубьях сателлита, каждая из которых равна половине движущей силы Д. Поскольку равные силы приложены к двум зубьям сателлита, находящимся на равных расстояниях от его оси, сателлит находится в равновесии и не вращается. Поэтому все три детали движутся прямолинейно в одну сторону и с равными скоростями, а именно с той скоростью, с какой движется ось сателлита и которая задана двигателем.

Эта ситуация соответствует установившемуся движению автомобиля по дороге с хорошим сцеплением с дорогой.

Теперь представим, что при своем движении по столу, левая рейка «наехала» на пятно масла. При этом сила сопротивления ее движению (сила трения о стол) уменьшилась, а сила сопротивления движению правой рейки осталась прежней. На какой-то момент равновесие сил на зубьях сателлита нарушается: нагрузка на левый его зуб  становится меньше нагрузки, действующей на его правый зуб. Иначе говоря, сателлиту стало легче толкать левую рейку, чем правую. Поэтому он начинает вращаться по часовой стрелке, как это показано на следующем рисунке.

вращению сателлита движение правой рейки замедляется, а левая рейка наоборот ускоряется. Затем правая рейка полностью останавливается, а сателлит продолжает вращаться. Его ось продолжает двигаться с той же скоростью, что и прежде, так как эта скорость задана двигателем. Но поскольку правая рейка стоит, вращающийся сателлит обкатывается по ней. В момент, показанный на рисунке правый зуб сателлита стоит на месте, так как «упирается» в зуб неподвижной рейки. Но противоположный, левый зуб сателлита движется в два раза быстрее, чем ось самого сателлита. Все это соответствует ситуации, когда одно из ведущих колес медленно движущегося автомобиля наезжает, например, на обширное пятно льда, а второе остается на сухом покрытии с хорошим сцеплением. То есть машина останавливается и колесо, находящееся на льду, буксует, вращаясь в два раза быстрее, чем прежде, когда оба колеса катились с одинаковой скоростью.

Строго говоря, о нарушении равновесия сил на зубьях сателлита выше сказано некорректно и  только потому, что, как мне кажется, так проще понять происходящее. На самом деле равновесие сил сохраняется всегда, только для его рассмотрения нужно еще учитывать силы, вызывающие ускорение левой рейки и замедление правой. Эти не рассматриваемые нами силы, исчезают с момента полной остановки правой рейки. В этот же момент удвоенная скорость движения левой рейки становится постоянной. И тогда ситуация полностью соответствует следующему рисунку.

Здесь равновесие сил восстановилось, точнее, — исчезли динамические силовые составляющие (те, что вызывали ускорение одной рейки и замедление другой). Правая рейка стоит, сателлит вращается, а левая рейка движется равномерно с удвоенной скоростью. Очень важно отметить что, равновесие сил перешло на новый уровень. Теперь равные силы на левом и правом зубьях сателлита  стали существенно меньше прежних. В силу третьего закона Ньютона эти силы не могут превысить движущую силу, которую можно приложить к рейке, находящейся на пятне масла, или к колесу, находящемуся на пятне льда. Иными словами, если одно колесо стоит на сухой дороге, а противоположное буксует на льду или в грязи, это вовсе не означает, что 100% крутящего момента передается от двигателя на буксующее колесо, как сказано в упомянутой выше книге. Этот момент всегда и во всех условиях делится дифференциалом поровну между колесами, но он не может быть больше, чем позволяет сцепление одного из колес с дорогой, причем  именно того колеса, у которого это сцепление меньше.

Только если в этих условиях заблокировать дифференциал, то есть выключить его из работы, тем или иным способом жестко соединив между собой полуоси, можно передать на колесо, стоящее на сухой дороге, подавляющую часть крутящего момента, который может развить двигатель. При этом буксование прекратится, оба колеса будут вращаться с одинаковой скоростью, но подавляющую часть суммарной силы тяги будет обеспечивать только одно из этих колес.

Мне кажется, что с помощью модели с зубчатыми рейками можно наглядно объяснить и все прочие режимы работы межколесного дифференциала. Например, ситуацию, иногда возникающую при торможении двигателем. Представим, что автомобиль движется под уклон на сухой дороге с пятнами льда. Водитель тормозит двигателем.  В этом случае движущая сила, это сила инерции массы машины. А сила сопротивления движению, это сила, приложенная к осям сателлитов дифференциала со стороны двигателя. Одно из колес наезжает на пятно льда. Сила сцепления этого колеса с дорогой резко уменьшается, и оно начинает вращаться в обратную сторону. Здесь происходит то же самое, что произойдет с рейками если ось сателлита сделать неподвижной, но оставить ему свободу вращения вокруг этой оси, то есть имитировать ситуацию, когда ось сателлита тормозится или удерживается двигателем. Если теперь двинуть вперед одну из зубчатых реек, то сателлит начнет вращаться и заставит вторую рейку двигаться назад. Здесь рейка, движимая вперед, соответствует колесу на сухой дороге, а рейка, движущаяся назад, — колесу, находящемуся на льду и вращающемуся в обратную сторону. На мой взгляд, вращение буксующего колеса в обратную сторону очень наглядно демонстрирует «стремление» дифференциала выполнить свое предназначение и выровнять силы на двух колесах ведущего моста. В данном случае это силы торможения. Благодаря их выравниваю исключается или сильно снижается вероятность заноса автомобиля при таком режиме торможения.

 

Можно рассматривать еще многие ситуации, возникающие при работе дифференциала. Но полагаю, что и сказанного достаточно, чтобы убедиться: — межколесный дифференциал всегда делит получаемый от двигателя крутящий момент поровну между двумя колесами одного ведущего моста.

 

А теперь вернемся к упомянутой в самом начале картинке с автомобилем, движущемся по кривой. Если автомобиль заднеприводной, то получающие одинаковый крутящий момент два задних колеса преобразуют эти крутящие моменты в две одинаковые силы тяги (если шины колес имеют одинаковый диаметр, одинаковое давление накачки и несут одинаковые части  веса автомобиля). А две одинаковые силы тяги стремятся толкать автомобиль по прямой. Именно поэтому, водителю при прохождении поворота приходится твердо удерживать рулевое колесо.  Строго говоря, дифференциал на таком автомобиле не столько помогает, сколько мешает прохождению поворота. Зато он прямо способствует устойчивости движения по прямой (вместе с углами установки передних колес).

У переднеприводного автомобиля ситуация несколько иная. Здесь силы тяги также одинаковы на двух колесах, но они «поворачиваются» вместе с поворачиваемыми колесами. Поэтому, например, переднеприводной машине легче выйти из глубокой скользкой колеи: повернутые передние ведущие колеса активно тянут куда нужно. А у заднеприводного, задние ведущие колеса активно толкают машину вдоль колеи.

Здесь рассмотрена лишь малая часть того, что следовало бы водителям знать о работе дифференциала и на это потребовалось много слов и картинок. Так может быть правы те, кто ограничивается пресловутой картинкой с разным пробегом у разных колес на повороте? Может быть. Но полагаю, что следует, если и не вдаваться в пространные разъяснения, то хотя бы просто написать, для чего действительно предназначен этот механизм. А кто захочет дойти до сути, найдет, где об этом  почитать. И уж совсем ни к чему пропагандировать собственное неверное понимание этой сути.

Д.Д.

Автомобильный дифференциал: что это такое и как он работает

Что такое дифференциал в автомобиле?

Автомобильный дифференциал является важным компонентом, передающим крутящий момент на ведущие колеса автомобиля. Дифференциал автомобиля отличается от трансмиссии. Он является частью оси в сборе и соединяется с трансмиссией через карданный вал.

 

Слово «дифференциал» в дифференциале относится к системе, которая позволяет колесам вашего автомобиля вращаться с разной скоростью. Когда вы думаете о дифференциале, подумайте о слове «другой». Внешнее колесо должно двигаться быстрее, чем внутреннее колесо, когда вы делаете поворот, поэтому дифференциальная передача очень важна. Всего автомобили с полным приводом будут иметь два дифференциала: один спереди и один сзади.

Как работает автомобильный дифференциал?

Автомобильный дифференциал состоит из многих частей, в том числе зубчатого венца, шестерни и водила в сборе. Шестерня приводит в движение зубчатый венец, который затем заставляет водило вращаться. Когда водило вращается, меньшие (или «паук») шестерни начинают приводить в движение боковые шестерни. Это то, что затем заставит колеса автомобиля двигаться. Вы можете попросить своего механика осмотреть дифференциал вашего автомобиля, когда он выполняет другие автосервисы, чтобы убедиться, что все работает правильно.

Какие существуют 4 типа дифференциалов?

Теперь, когда вы знаете, что такое дифференциал в автомобиле, следующим шагом будет понимание типов дифференциалов. Существует четыре основных типа дифференциала транспортных средств: открытый, блокируемый, самоблокирующийся и дифференциал с вектором крутящего момента.

Открытый дифференциал

Открытый дифференциал широко распространен благодаря своей надежности. В дифференциале этого типа ведущая шестерня входит в зацепление с зубчатым венцом для передачи мощности на обе оси. Открытые дифференциалы не лучший вариант для автомобилей, которые участвуют в гонках или на бездорожье, потому что шины могут проскальзывать.

Блокируемый дифференциал

Для сравнения, блокируемый дифференциал чаще всего встречается на внедорожниках. Это связано с тем, что в нем используются как муфты, так и пружины, которые активируют замки. Это позволяет каждому колесу иметь одинаковую мощность независимо от тяги.

Дифференциал повышенного трения

Дифференциал повышенного трения полезен в случае, если одно колесо теряет сцепление с дорогой. Он блокирует правую и левую стороны осей вместе, передавая мощность на оба колеса, если одно из них теряет сцепление с дорогой.

Дифференциал вектора крутящего момента

Дифференциал вектора крутящего момента вычисляет данные системы рулевого управления с помощью сложных датчиков и другой электроники. Этот автомобильный дифференциал является новейшей технологией и использует собираемые данные для улучшения распределения мощности на каждое колесо автомобиля. Дифференциалы с вектором крутящего момента также отлично подходят для достижения максимальной производительности.

Признаки неисправности дифференциала

Понимание признаков неисправности переднего дифференциала важно для того, чтобы убедиться, что ваш автомобиль работает на самом высоком уровне. Это также важно для обеспечения безопасности на дороге. Если вы начинаете замечать какие-либо из этих симптомов, как можно скорее доставьте свой автомобиль в местный магазин трансмиссий. Некоторые плохие симптомы дифференциала, которые могут означать, что ваш дифференциал сломан, включают:

 

• • Скрежет шестерен
  • Утечка масла
  • Воющий звук
  • Вибрация карданного вала при ускорении
  • Трудности при прохождении поворотов
  • Необычное повреждение шины на боковине или внешней поверхности протектора
  Вождение с поврежденным автомобильным дифференциалом

  Хотя вы можете ездить с поврежденным автомобильным дифференциалом, это не самый безопасный вариант. До тех пор, пока вы не закончите ремонт, другие части вашего автомобиля могут быть повреждены. Это может значительно повредить ваш автомобиль и сделать простой ремонт намного дороже. Сломанный автомобильный дифференциал также может стать причиной потери контроля над автомобилем из-за плохой управляемости, что очень опасно. Как только вы заметите симптомы неисправности переднего или заднего дифференциала, запишитесь на прием в местный автомагазин.

  Работал с экспертом по автомобильным дифференциалам

  Автомобильный дифференциал — очень уникальный и полезный компонент вашего автомобиля. Однако знать, что такое автомобильный дифференциал, и ремонтировать дифференциал — две большие разницы. Если вы испытываете плохие симптомы заднего дифференциала, найдите эксперта по автомобильным дифференциалам. Этот эксперт может диагностировать проблему и предоставить дифференциальные услуги, необходимые для ее устранения. Квалифицированный ремонт позволит вам безопасно вернуться на дорогу и гарантирует, что в будущем у вас не будет больше плохих дифференциальных симптомов.

  Что такое дифференциал? | Insight

  Дифференциал — это механический компонент, используемый для передачи мощности от трансмиссии обычно на задние колеса автомобиля. Да, дифференциал используется для передачи мощности от двигателя к колесам автомобиля. Эти колеса могут быть как передними, так и задними. Обычно дифференциал ассоциируется с автомобилями с передним расположением двигателя и задним приводом, полным приводом или 4X4. Ну, AWD и 4X4 похожи, но разные. Чтобы узнать больше о разнице, обратитесь к статье здесь.

  Автомобильный дифференциал

  Тем не менее, все автомобили, ездящие по улицам, имеют дифференциал, хотя дифференциал в переднеприводных автомобилях называется коробкой передач.

  Но дифференциал — это больше, чем передача мощности. Итак, прежде чем продолжить, давайте рассмотрим подробно и ответим на такие вопросы, как использование дифференциала, как он работает, каковы его преимущества и многое другое.

  Зачем автомобилю дифференциал?

  Хотя вышеперечисленное является основной функцией передачи мощности, существуют и другие функции дифференциала в автомобиле. Вот другие функции современного дифференциала.

  Дифференциал

  Другая функция дифференциала — устранение простой передачи мощности. Это позволяет задним колесам автомобиля вращаться с разной скоростью. И эта функция сама по себе является неотъемлемой частью функциональности дифференциала.

  Передние колеса автомобиля вращаются с разной скоростью по сравнению с задними колесами. Это относится к автомобилям с передним приводом, задним приводом, а также с полноприводной конфигурацией. Если бы у автомобилей не было дифференциала, было бы невозможно вращать колеса автомобиля с разной скоростью. Это увеличивает проскальзывание шины, что, в свою очередь, увеличивает износ шины.

  2020 Mahindra Thar / 4X4

  Кроме того, дифференциал также действует как конечный редуктор, который используется для замедления скорости вращения трансмиссии перед тем, как колеса отправятся в путь.

  Какие бывают типы дифференциалов?

  Да, для не очень сложного компонента в автомобиле различаются разные типы. В автомобилях используются различные типы дифференциалов:

  ,
  ,
  1. .
     Открытый дифференциал
     

     Открытый дифференциал — это обычный дифференциал, который может справиться с проскальзыванием или колебаниями скорости вращения колеса. Открытый дифференциал позволяет внешнему колесу автомобиля вращаться быстрее внутреннего колеса при подходящих условиях движения. К сожалению, это не работает так хорошо, когда дорожные условия плохие. Открытый дифференциал может работать не так хорошо, как на чистых дорогах, если на земле много льда или снега. Это происходит в результате того, что крутящий момент двигателя постоянно передается на каждое колесо, независимо от того, имеет оно сцепление с дорогой или нет. Таким образом, проскальзывающая шина будет продолжать вращаться. Поскольку открытые дифференциалы недороги в покупке и обслуживании, они есть в обычном автомобиле.

  2. Дифференциал повышенного трения
     

     Поскольку он также распределяет крутящий момент двигателя на каждое колесо автомобиля, дифференциал повышенного трения похож на открытый дифференциал. Разница в том, что если вы быстро разгоняетесь или делаете крутой поворот, проскальзывание шин может произойти из-за открытого дифференциала. С другой стороны, ограниченный дифференциал уменьшает крутящий момент, передаваемый на проскальзывающую шину, чтобы предотвратить дополнительное проскальзывание. Эта шина с наименьшим сопротивлением. Шины могут делать эти сильные изгибы на более высоких скоростях с пластинами дифференциалов повышенного трения и сцеплениями. В высокопроизводительных автомобилях, таких как гоночные автомобили, часто используются дифференциалы повышенного трения.

     Махиндра XUV700 / полный привод

  3. Блокировка дифференциала
     

     Для движения по бездорожью в автомобилях часто устанавливают блокируемые дифференциалы. Их можно найти и в некоторых быстрых автомобилях. Блокируемый дифференциал по существу имеет пружины и муфты, которые позволяют включать блокировку. После этого мощность распределяется равномерно на каждое колесо, независимо от того, какое у них тяговое усилие. Можно утверждать, что эта ось зафиксирована из-за блокировки дифференциала. Самым большим преимуществом в этой ситуации является то, что ваши шины будут иметь большее сцепление с землей. Ведь на колесе с меньшей тягой крутящий момент всегда идет на колеса без каких-либо ограничений. Это идеально для езды по бездорожью, но может быть опасным при быстром движении по прямому маршруту.

     Читайте также: Сделано в Индии VW Virtus получил 5 звезд по латыни NCAP

  4. Дифференциал с вектором крутящего момента
     

     Высокотехнологичный дифференциал с вектором крутящего момента состоит из множества электронных и сенсорных компонентов. Их функция заключается в сборе данных от различных систем и датчиков автомобиля, включая систему рулевого управления, положение дроссельной заслонки и дорожное покрытие. При получении этой информации активируются электронный контроллер и муфты. Дифференциалы с вектором крутящего момента часто используются в высокопроизводительных автомобилях из-за их сложности.