Дифференциал (механика) | это… Что такое Дифференциал (механика)?
У этого термина существуют и другие значения, см. Дифференциал (значения).
Устройство дифференциала (центральная часть)
Дифференциа́л — это механическое устройство, которое делит момент входного вала между выходными валами, которые называются полуосями. Наиболее широко применяется в конструкции привода автомобилей, где момент от выходного вала коробки передач (или карданного вала) поровну делится между полуосями правого и левого колеса. В полноприводных автомобилях также может применяться для деления момента в заданном соотношении между ведущими осями, хотя здесь достаточно распространены конструкции и без дифференциала (например, с вискомуфтой).
Содержание
|
Назначение
Необходимость применения дифференциала в конструкции привода автомобилей обусловлена тем, что внешнее колесо при повороте проходит более длинную дугу, чем внутреннее. То есть при вращении ведущих колёс с одинаковой скоростью поворот возможен только с пробуксовкой, а это негативно сказывается на управляемости и сильно повышает износ шин.
Назначение дифференциала в автомобилях:
- позволяет ведущим колёсам вращаться с разными угловыми скоростями;
- неразрывно передаёт крутящий момент от двигателя на ведущие колёса;
- в сочетании с главной передачей служит дополнительной понижающей передачей.
В случае единственного приводного колеса или отдельного двигателя для каждого из ведущих колёс дифференциал не требуется. В конструкции раллийных автомобилей иногда дифференциал намертво блокируют (заваривают), жёстко связывая колёса ведущей оси – это допустимо, так как на гравии или снегу в ралли повороты проходятся только с заносом. Также дифференциал отсутствует в конструкции картов, при этом гибкость их рам обычно позволяют вывешивать ведущее заднее колесо с внутренней стороны поворота без отрыва передних колёс от трассы. В веломобилях с ведущей осью вместо дифференциала часто применяются более простые и доступные трещотки (обгонные муфты) в колёсах – такой привод допускает вращение колёс на ведущей оси с разной скоростью, но при этом весь момент передаётся только на то колесо, которое медленнее вращается.
Расположение
На автомобилях с одной ведущей осью дифференциал располагается на ведущей оси.
На автомобилях со сдвоенной ведущей осью два дифференциала, по одному на каждой оси.
На автомобилях с подключаемым полным приводом по одному дифференциалу на каждой оси. На таких машинах не рекомендуется ездить по дорогам с включенным полным приводом.
На автомобилях с постоянным полным приводом есть три дифференциала: по одному на каждой оси (межколёсный), плюс один распределяет крутящий момент между осями (межосевой).
При трёх или четырёх ведущих мостах (колёсная формула 6×6 или 8×8) добавляется ещё межтележечный дифференциал.
Устройство
Классические автомобильные дифференциалы основаны на планетарной передаче. Карданный вал 1 через коническую зубчатую передачу передает вращение на корпус дифференциала 2. Корпус дифференциала через независимые друг от друга шестерни (сателлиты) 3 вращает полуоси 4. Такое зацепление имеет не одну, а две степени свободы, и каждая из полуосей вращается с такой скоростью, с какой может. Постоянна лишь суммарная скорость вращения полуосей.
Проблема буксующего колеса
Обычный («свободный») дифференциал отлично работает, пока ведущие колёса неразрывно связаны с дорогой. Но, когда одно из колёс оказывается в воздухе или на льду, то крутится именно это колесо, в то время как другое, стоящее на твёрдой земле, теряет всякую силу. Может показаться, что обычный дифференциал – это бессмысленный механизм, который направляет крутящий момент двигателя именно на то колесо, которое легче прокручивается. Конечно, целесообразнее было бы передавать больше крутящего момента на колесо с лучшим сцеплением, но этого не происходит в силу устройства дифференциала.
Дело в том, что создаваемый двигателем момент зависит от силы реакции на каждом из ведущих колёс автомобиля. В случае потери сцепления одним из колёс, его сопротивление падает, а раскрутка происходит без существенного увеличения момента сопротивления (трение скольжения в пятне контакта меньше трения покоя и несущестенно зависит от скорости пробуксовки). В момент когда колесо начинает проскальзывать, моменты на колесах тоже равны друг другу, но при этом они равны наименьшей силе реакции точки опоры в системе (т.
е. у проскальзывающего колеса), а весь лишний момент (который превышает момент точки опоры) уходит в раскрутку буксующего колеса.
Данную ситуацию можно выразить следующим выражением: момент не буксующего колеса равен моменту буксующего колеса плюс момент на раскрутку буксующего колеса.
Способы решения проблемы буксующего колеса
Ручная блокировка дифференциала
По команде из кабины шестерни дифференциала блокируются, и колёса вращаются синхронно. Таким образом, дифференциал стоит блокировать перед преодолением сложных участков пути (вязкий грунт, препятствия), и затем отключать блокировку после выезда на обычную дорогу. Применяется в вездеходах и внедорожниках.
При езде на таких автомобилях чаще всего не рекомендуется включать блокировку, когда автомобиль движется. Также нужно знать, что крутящий момент, создаваемый мотором, настолько велик, что может сломать механизм блокировки или полуось. Обычно производители автомобиля отдельно указывают рекомендованную максимальную скорость движения при заблокированном дифференциале, в случае ее превышения возможны поломки трансмиссии.
Включенная блокировка, особенно в переднем мосту, отрицательно влияет на управляемость.
Электронное управление дифференциалом
На внедорожниках, снабжённых антипробуксовочной системой (TRC и другие), если одно из колёс буксует, оно подтормаживается рабочим тормозом.
Похожее решение было применено в «Формуле-1» в 1998 г. в команде «Макларен»: в повороте внутреннее колесо подтормаживалось рабочим тормозом. Эту систему быстро запретили, однако в Формуле-1 прижилась конструкция фрикционного дифференциала, в котором фрикцион дополнительно управляется компьютером. В 2002 году технический регламент был ужесточён; с того же (2002) года и по сей день в Формуле-1 разрешены только дифференциалы простейшего типа.
Преимущество электронного управления в том, что повышается тяга в повороте, и степень блокировки можно настроить в зависимости от предпочтений гонщика. На прямой совсем не теряется мощность двигателя. Недостаток в том, что датчики и исполнительные механизмы обладают некоторой инерцией, и такой дифференциал нечувствителен к быстро меняющимся дорожным условиям.
Фрикционный самоблокирующийся дифференциал
Этот тип дифференциала (как, впрочем, и вязкостная муфта) основан на том, что на прямой полуоси вращаются синхронно с корпусом дифференциала, но в повороте появляется разница в угловых скоростях.
Между корпусом дифференциала 2 и полуосевой шестерней 4 установлен фрикцион (в зависимости от конструкции, фрикцион может быть установлен с одной стороны или с двух; на ходовые качества это не влияет). Когда автомобиль движется по прямой, корпус и шестерня вращаются с одной и той же скоростью, и потерь нет. При появлении разницы в скоростях вращения корпуса и шестерни на отстающую шестерню подается дополнительный крутящий момент из-за наличия трения между шестерней и корпусом дифференциала.
Этот вид дифференциала требует периодического обслуживания (так как трущиеся части фрикциона изнашиваются, снижается сила трения и эффективность блокировки) и поэтому редко устанавливается на серийные машины (в основном на спортивные и тюнингованные)
Вязкостная муфта (Вискомуфта, Viskodrive)
Упрощённый вариант фрикционного дифференциала.
На одной из полуосей имеется резервуар, заполненный вязкой дилатантной жидкостью. В эту жидкость погружены два пакета дисков; один соединён с ротором, второй с полуосью. Чем больше разница в скоростях колёс, тем больше разница в скоростях вращения дисков и тем больше вязкое сопротивление.
Достоинство такой конструкции в простоте и дешевизне. Недостаток в том, что вязкостная муфта довольно инерционна и отказывается работать на полном бездорожье. Хороших ходовых качеств вязкостная муфта не обеспечивает и применяется только в «паркетниках» (вседорожниках, которые жертвуют проходимостью ради комфорта) между осями. Для установки в качестве осевого дифференциала такая конструкция слишком громоздка.
Иногда вместо дифференциала ставят коническую зубчатую передачу с вязкостной муфтой на одной из полуосей.
Кулачковый/зубчатый самоблокирующийся дифференциал
Принцип действия аналогичен, но полуоси соединяются зубчатой или кулачковой парой. Таким образом, при пробуксовке одного из колёс дифференциал резко блокируется.
Поэтому такая система применяется только в военной и специальной технике (например, в бронетранспортёрах), где нужно большое тяговое усилие и долговечность в ущерб управляемости.
Гидророторный самоблокирующийся дифференциал
Попытка повысить эффективность и долговечность фрикционного дифференциала. При возникновении разницы в угловых скоростях насос закачивает жидкость в цилиндр, и поршень сжимает фрикционный пакет, блокируя дифференциал.
DPS
Основная статья: DPS
Dual Pump System — система с двумя насосами, автоматически подключающая вторую ось, когда не хватает одной. Применяется в системах полного привода Honda. Достоинства: работает автоматически, на хорошей дороге экономит бензин. Недостатки: ограниченная проходимость, сложность, ограничения на буксировку.
Шестеренчатые самоблокирующиеся дифференциалы
Существует три типа таких дифференциалов — планетарные, типа Quaife и типа Torsen. Все они основаны на свойстве косозубой или червячной передачи «заклинивать» при определённом соотношении крутящих моментов.
Такие дифференциалы передают бо́льшую часть крутящего момента (до 80 %) небуксующему колесу.
Применяются во внедорожниках и гоночных автомобилях. Недостатки: сложность; бо́льшая потеря мощности, чем у обычного дифференциала.
Дифференциал типа Torsen изобретён в 1958 г. американцем Верноном Глизманом. Имеет достоинства вязкостной муфты и не имеет её недостатков. Принцип работы основан на свойстве червячной передачи «расклиниваться». Название Torsen произошло от англ. Torque sensitive («чувствительный к крутящему моменту»). Torsen — товарный знак JTEKT Torsen North America Inc.
Разновидностей конструкций не так уж и много — можно выделить три основных:
Первый тип(T-1) Червячными парами являются шестерни ведущих полуосей и сателлиты. При этом каждая полуось имеет собственные сателлиты, которые парно связанны с сателлитами противоположной полуоси обычным прямозубым зацеплением. Следует отметить, что ось сателлита перпендикулярна полуоси.
При нормальном движении и равенстве передаваемых на полуоси моментов, червячные пары «сателлит / ведущая шестерня» либо остановлены, либо проворачиваются, обеспечивая разницу угловых скоростей полуосей в повороте. Как только дифференциал пытается отдать момент на одну из полуосей, то червячную пару этой полуоси начинает расклинивать и блокировать с чашкой дифференциала, что приводит к частичной блокировке дифференциала. Данная конструкция работает в самом большом диапазоне отношений крутящего момента — от 2.5/1 до 5.0/1, то есть является самой мощной в серии. Диапазон срабатывания регулируется углом наклона зубцов червяка.
Второй тип(T-2) В данном случае, оси сателлитов параллельны полуосям. Сателлиты расположены в своеобразных карманах чашки дифференциала. При этом парные сателлиты имеют косозубое зацепление, которое расклиниваясь, так же участвует в процессе блокировки. Подобное устройство имеет и дифференциал TrueTrac компании EATON. Даже у нас в России появилось производство аналогичных дифференциалов под отечественные автомобили УАЗ и.
т.д.
Третий тип(Т-3) Планетарная структура конструкции позволяет сместить номинальное распределение момента в пользу одной из осей. Срабатывание частичной блокировки происходит при 20-30 % разнице в передаваемых на оси моментах. Подобная структура дифференциала делает его компактным, что в свою очередь, упрощает конструкцию и улучшает компоновку раздаточной коробки.
В отличие от других конструкций, датчики вращающего момента работают практически в любых условиях. Даже если колеса вращаются с различными скоростями (поворот, прохождение через ухабы), они тем не менее всегда получают вращающий момент основанный на сцеплении.
Данные дифференциалы не требуют применения специальных присадок к маслу (в отличие от фрикционных дифференциалов), однако лучше использовать качественное масло для нагруженных гипоидных передач.
См. также
- Трансмиссия
- Дифференциальное вращение
- Дифференциал с повышенным внутренним сопротивлением
Ссылки
- Типы дифференциалов и механизмы их блокировки
- Работа дифференциала в динамике
- Принцип действия дифференциала на HowStuffWorks (англ. )
- Видео выпуска американской научно-популярной передачи 30ых годов, наглядно и популярно разъясняющей принципы работы дифференциала (англ.)
- Полный привод (в том числе типы дифференциалов) на 4×4.aaa13.ru
- Типы дифференциалов на 4runner.sovintel.ru
- Самоблокирующийся дифференциал на moskvich-club.na.by
- Статья «Дифференциальное исчисление для внедорожника»
- Наглядное объяснение работы дифференциала (англ.)
)Дифференциал. Хороший, плохой, злой
- 09.04.2019
- /
- Полезное, Как это устроено
- /
- Яков Фрудгарт
В прошлой статье про угол Аккермана я обещал рассказать вам про дифференциал, и для чего он нужен в автомобиле. Обещал — рассказываю.
Механизм передачи момента от коробки передач к колёсам — один из старейших узлов современного автомобиля.
Годами его оттачивали и совершенствовали, но основная функция — осталась до сих пор. А какая — это вы узнаете ближе к концу статьи. Поехали
Что это такое?
Говоря простым языком, дифференциал передаёт мощность и вращение от коробки передач на колёса, деля его на количество колёс на оси, то есть на два. Дополнительно к этому, он умеет изменять соотношение мощности, позволяя колёсам крутиться с разной скоростью. Он берёт 100% мощности от коробки, отдаёт момент задней оси и делит его либо в соотношении 50:50, либо до соотношения 100:0.
И для чего мне это нужно?
Этот узел очень нужен автомобилю в повороте для того, чтобы колеса одной оси могли вращаться с разной скоростью, не разрывая поток крутящего момента. При движении по дуге внешнее колесо проходит больший путь и, соответственно, должно вращаться быстрее, чем внутреннее.
Если такие колеса будут соединяться жёстко, то внутреннее колесо в повороте будет буксовать, и закончится это сносом оси рано или поздно, если ваш автомобиль заднеприводный.
Переднеприводный автомобиль будет просто хуже управляться в поворотах.
Для того, чтобы такого не происходило, механизм дифференциала решает вопрос с сохранением постоянства крутящего момента и независимого свободного вращения колёс на одной оси. Это принципиальная задача механизма.
Теперь давайте по-взрослому
Дифференциал, как говорят нам учебники, является частным случаем планетарной передачи. Физически этот узел состоит из набора шестерней (4 штуки), вращение к которым мы передаём пятой, ведомой шестернёй главной передачи. Ведомая шестерня объединена с корпусом дифференциала, выполняющим роль водила. Сама главная передача — это набор из ведущей шестерни и ведомой. Ведущая получает вращение от КПП и отдаёт его ведомой. Ведомая шестерня отдаёт этот момент дальше, через корпус, на шестерни-саттелиты. Сателлиты зацеплены с солнечными шестернями, которые закреплены на приводных полуосях колёс.
При движении автомобиля прямо саттелиты неподвижны.
Скорость вращения у шестерни главной передачи равна скоростям у солнечных шестерней, и колёса будут крутиться с одинаковой скоростью. В повороте сателлиты «просыпаются» и обеспечивают разницу скоростей солнечных шестерней и, соответственно, колёс с внутренней и внешней стороны поворота.
Более подробный пример работы можно посмотреть на видео, которое очень давно выпустила компания Chevrolet.
Всё так хорошо, правда?
А вот и нет. Главным недостатком является возможность отдать весь крутящий момент на одно колесо. Если у колеса будет недостаточное сцепление с поверхностью, дифференциал отдаст ему всю мощность.
Эту проблему устраняли и устраняют до сих пор усовершенствованием конструкции дифференциала. К таким «доработкам» относятся так называемые самоблоки (дифференциалы с повышенным внутренним сопротивлением) и дифференциалы с блокировками.
Такие узлы могут перераспределять поток мощности в пользу колеса, которое имеет хорошее сцепление с поверхностью или полностью блокировать дифференциал, заставляя колеса крутиться одинаково.
Но тут уже тема для отдельного текста, потому что каждый из таких дифференциалов достоин отдельного материала. Stay Tuned.
Дифференциал — определение, значение и синонимы
ПЕРЕЙТИ К СОДЕРЖАНИЮ
Вещи, которые показывают различия или действуют по-разному, могут быть описаны как дифференциалы . Вы и ваша сестра можете получить дифференциальных выгод от вегетарианской диеты.
Вы, скорее всего, встретите прилагательное дифференциальный в академических или научных работах — на самом деле это просто более формальный способ сказать «другой» или «отличающийся». Социологические исследования или статьи часто описывают различные обстоятельства или результаты, например, различные последствия воспитания одного родителя для разных детей.
Латинская дифференциация лежит в основе дифференциал — это означает «разнообразие или отличие» и происходит от дифференцирре , «отделять».
Определения дифференциала
существительное
качество, которое отличает похожие вещи
существительное
результат математического дифференцирования; мгновенное изменение одной величины относительно другой; дф(х)/дх
- синонимы: производная, производная функция, дифференциальный коэффициент, первая производная
прилагательное
относящийся к или показывающий разницу
« дифференциал лечение»
прилагательное
включающие или содержащие одно или несколько производных
“ дифференциальное уравнение”
существительное
коническая передача, обеспечивающая вращение двух валов с разной скоростью; используется на задней оси автомобилей, чтобы колеса могли вращаться с разной скоростью на поворотах
- синонимы: дифференциал
Независимо от того, являетесь ли вы учителем или учеником, Vocabulary.
com может направить вас или ваш класс на путь систематического улучшения словарного запаса. НачатьЧто такое дифференциальная жидкость, трансмиссионное масло или трансмиссионная смазка?
- Как
Поделиться:
Экстремальное давление на шестерни дифференциала требует превосходной смазки.
Купить артикул
AMSOIL Synthetic Gear Oil
AMSOIL Turbodiesel Products
AMSOIL Car and Truck Products
Дифференциал представляет собой набор шестерен, который позволяет ведущим колесам автомобиля вращаться с разной скоростью при прохождении поворотов или при движении по пересеченной местности. местность. Эти шестерни требуют смазки, которую обычно называют дифференциальной жидкостью, трансмиссионным маслом или трансмиссионной смазкой.
Современные автомобили обладают значительно большей мощностью, крутящим моментом и тяговым усилием, чем их предшественники, однако конструкция дифференциалов и подшипников практически не изменилась.
Для уменьшения лобового сопротивления и повышения экономии топлива многие современные дифференциалы также используют меньше трансмиссионного масла и более низкую вязкость. Следовательно, меньшее количество трансмиссионного масла обеспечивает большую защиту современного дифференциала. Добавьте буксировку в смесь, и вам понадобится смазка для тяжелых условий эксплуатации.
Борьба с рутиной
Различным конструкциям присущи недостатки. В традиционном автомобильном дифференциале ведущая шестерня концентрирует сильное давление на зубчатый венец. Когда зубья шестерни входят в зацепление, они скользят друг относительно друга, разделенные только тонким слоем смазки.
«При пробеге 250 000 миль это большое улучшение, я должен был внести это изменение, когда получил свой грузовик».
– Javier T.
Повторяющиеся нагрузки, которые несет смазочная пленка, могут привести к сдвигу зубчатых смазок, вызывая необратимую потерю вязкости.
После сдвига пленка жидкости ослабевает, разрывается и обеспечивает контакт металла с металлом, что в конечном итоге приводит к выходу из строя шестерни и подшипника. Приложения для тяжелых условий эксплуатации, такие как буксировка, усугубляют ситуацию.
Термический выход из строя
Экстремальные давления и температуры, воздействующие на трансмиссионные смазки, также могут привести к серьезной проблеме, называемой термическим выходом из строя.
При повышении температуры в дифференциале некоторые трансмиссионные смазки теряют вязкость и несущую способность. Когда экстремальные нагрузки разрушают смазочную пленку, возникает контакт металла с металлом, что увеличивает трение и нагревание. Это повышенное трение и нагрев, в свою очередь, приводит к дальнейшей потере вязкости, что еще больше увеличивает трение и нагрев.
«Я использовал Severe Gear в своей гоночной машине в течение нескольких лет, и шестерни не имеют признаков износа».
– Брюс М.
По мере того, как тепло продолжает подниматься по спирали, вязкость продолжает снижаться по спирали. Термический разгон — это порочный круг, который приводит к чрезмерному износу и, в конечном итоге, к катастрофическому выходу из строя редуктора и подшипника.
Эксплуатация в тяжелых условиях требует более частой замены дифференциальной жидкости. Большинство производителей автомобилей рекомендуют менять жидкость дифференциала каждые 150 000 миль при нормальной эксплуатации, но резко сокращают интервал замены до каждых 30 000 миль при частой буксировке при температуре выше 70ºF. Это относится ко всем, кто буксирует кемпер, лодку или трейлер в теплое время года.
«Передний дифференциал срабатывает быстрее в моем полноприводном автомобиле, но пакет Easy-Pack того стоит только потому, что его легко заполнить дифференциалом».
– Ryan N.
Сохраняйте прохладу
AMSOIL Severe GEAR разработано таким образом, чтобы противостоять разрушению при экстремальных температурах, помогая предотвратить потерю вязкости и образование кислоты, нагара и нагара.