Виды дифференциалов автомобиля: устройство, виды и принцип работы

Содержание

Виды и особенности работы автомобильного дифференциала

Search — Remove Shortcode

Поиск материалов

plg_search_jcomments

Войти

Регистрация

  1. Главная
  2. Техничка
  3. Виды и особенности работы автомобильного дифференциала

Понедельник, 21 марта 2016

  • При вхождении транспортного средства в поворот, ведущая колесная пара имеет разнодлинную величину пути. Дабы избежать пробуксовки колес, они должны иметь разные скорости вращений. Именно эту функцию в автомобилях выполняет дифференциал.

    Что это такое?

    Дифференциал – это технически-сложное устройство, которое обеспечивает неодинаковую скорость вращения ведущим колесам, при равной величине усилия, подаваемого к ним. Если в трансмиссии предусмотрена одна ведущая колесная пара, тогда дифференциал располагают между обоими колесами, и он носит название «межколесный дифференциал».

    На транспортных средствах с полным приводом, он располагается между ведущими мостами, соответственно, называется «межосевой дифференциал». Заметим, что тяговое напряжение колеса находится в прямой зависимости от его радиуса и величины крутящего усилия.

    Крутящий момент напрямую зависит от радиуса колеса и тягового усилия передаваемого ему дифференциалом. В случае отсутствия сцепления с дорожным покрытием либо нарушении пространственного положения колес крутящий момент невозможно правильно перераспределить, и о дальнейшем передвижении не может быть и речи. А все из-за того, что сателлит передает одинаковую величину крутящего момента обеим колесам ведущей пары, играя роль уравновешенного рычага. Когда у одного из колес отсутствует сцепление с дорогой, тогда оно имеет небольшую величину крутящего усилия, поэтому благодаря дифференциалу, находящееся на дороге колесо будет иметь такую же величину напряжения. Говоря проще, при прокруте одного колеса, на втором отсутствует тяговое усилие, в результате чего ухудшается проходимость транспортного средства.

    Дабы повысить проходимость, была разработана специальная система частичной либо полной блокировки дифференциалов.

    Ее работа оценивается коэффициентом блокировки (КБ), который рассчитывается из величин усилия, прилагаемого к отстающему колесу по отношению к опережающему. Когда на машине установлен симметричный дифференциал, то его КБ=1. Если же в конструкции используется дифференциальная система с повышенным трением, величина КБ может достигать 5. Чем выше это значение, тем более проходимым будет транспортное средство. Дифференциалы разделяются на следующие типы:

     1. Система полной блокировки

    Зачастую такой тип дифференциала является прерогативой большегрузного транспорта и автомобилей повышенной проходимости, для улучшения динамических характеристик при движении в условиях бездорожья. В случае, когда его включение необходимо, достаточно нажать соответствующую клавишу. Очень важно вовремя отключить блокировку (перед выездом на трассу), иначе полуоси могут выйти из строя.

    В качестве примера можно привести дифференциал автомобиля «Нива». Если вовремя не отключить систему, колеса будут продолжать вращаться с одинаковыми угловыми скоростями, что отрицательно отразится на управлении автомобилем, и послужит причиной повышенного износа покрышек.

     2. Вискомуфта

    Специальная, состоящая из нескольких дисков муфта, величина передаваемого усилия в которой начинает увеличиваться с возрастанием разности скоростей. Такая система нашла широкое применение в простых конструкциях полноприводной трансмиссии либо играет роль блокиратора дифференциала.

    Муфта имеет цилиндрическую конструкцию, которая заполнена специальной технической жидкостью. На свойствах этой жидкости и основано функционирование вискомуфты: с ростом ее температуры увеличивается вязкость и величина усилия. Помимо жидкости внутри муфты располагаются перфорированные диски, которые соединяются с ведомым и ведущим валами.

    При стабильном прямолинейном движении скорость обеих валов примерно одинакова. Но, стоит колесам начать пробуксовывать, как скорость вращения входного вала значительно увеличится, силиконовый состав, взаимодействуя с дисками внутри муфты, начинает нагреваться, в результате чего произойдет большая передача усилия выходному валу, соответственно колеса начнут вращаться быстрее.

    Ее основной недостаток – это продолжительное время, необходимое для того, чтобы вискомуфта включилась в работу. К тому же оптимальное ее устройство с желаемыми характеристиками подобрать очень сложно. По этой причине, большинство современных автопроизводителей не используют такую конструкцию дифференциальной системы в своих автомобилях.

    3. Дифференциал Торсен

    Такая дифференциальная система очень чувствительна к изменениям величины крутящего момента. Сателлиты дифференциальной передачи имеют перпендикулярное расположение относительно оси корпуса, и взаимодействуют друг с другом благодаря зубцам. Усилие с них на шестерни полуосей передается через червячную передачу. При вхождении в поворот шестерня полуоси отстающего колеса начинает приводить в движение взаимодействующий с ней сателлит, который агрегатируется со вторым сателлитом и вращает его, а уже он – шестерню полуоси.

    Благодаря описанной системе колеса транспортного средства имеют разные скорости вращения, а сила трения, которая возникает во время работы червячной передачи при различной величине усилия на колесах, выступает в роли блокиратора дифференциала.

    К минусам Торсена относится его сложная конструкция, которая к тому же еще и дорогостоящая. Ввиду этого возникают определенные трудности с ремонтов в случае поломки системы.

     4. Дифференциал Квайф

    В его конструкции оба ряда сателлитов устанавливаются параллельно центральной части корпуса. Отметим, что располагаются они внутри закрытых отверстий корпуса. Взаимодействие сателлитов с полуосями осуществляется согласно сторон их расположения, то есть, правые сателлиты связаны с правой полуосью, а левые – приводят в движение левую. Помимо этого расположенные параллельно сателлиты связаны друг с другом через один.

    Если на одно колесо передается меньше усилия, то скорость вращения шестерни его полуоси значительно меньше скорости вращения дифференциала. Далее шестерня начинает взаимодействовать со связанным с ней сателлитом, который передает это усилие на парный с ним сателлит, после чего – крутящий момент передается уже полуоси. Благодаря этому колеса при вхождении в поворот имеют разные скорости.

    Из-за того, что колеса имеют различные величины крутящего момента, в винтовом соединении появляются всевозможные силы, которые начинают прижимать сателлиты с шестернями их торцевыми сторонами к разделителю, крышкам либо корпусу. Это вызывает силу трения, которая позволяет заблокировать дифференциал, в результате чего увеличивается тяговая сила транспортного средства и повышается его проходимость.

    Добавим, что система Квайф (quaife) очень популярна при проведении тюнинга автомобилей. 

    Видео работы дифференциала Торсен:

    Видео работы Вискомуфты: 

Автор

Super User

Комментируют

Топ блоги

Новости компании Haima 2016.

Новый Q2 от AUDI

Почему в дизеле из выхлопной трубы может валить черный дым?

Обзор Acura ILX 2016.

Устройство ДВС

Виды дифференциалов

Блокировки дифференциалов используют для повышения вездеходности более восьмидесяти лет и несмотря на все достижения прогресса, настоящий внедорожник без них до сих пор не обходится.

В материале используется техническая лексика, способная привести к нарушению работы мозга неподготовленного читателя. 

Ещё в начале 1930-х не кто иной как Фердинанд Порше, вёл исследования по части блокировок, а чуть позже организованная им компания ZF (Zahnradfabrik  – завод зубчатых колёс) комплектовала Volkswagen Type B70 первым в мире кулачковым дифференциалом. Сегодня в арсенале производителей масса различных конструкций, которые они штатно или опционно устанавливают на свои автомобили 4х4.

Нужно сразу разделить два принципиально разных подхода к блокировке дифференциала. Первый – применение самоблоков, которые способны без привода или управления извне переносить крутящий момент с буксующего колеса на то, у которого лучше сцепление с дорогой, то есть «замыкаться». На самом деле полной, стопроцентной блокировки в их промышленных видах нет, и потому корректно называть их дифференциалами повышенного трения. Именно такой и изобрел Порше в 1932 году. Однако существуют и конструкции, умеющие самостоятельно замыкаться полностью. Производят их небольшие компании. Таков, например, шариковый дифференциал Красикова – устройство, безусловно, полезное на внедорожной трассе, но мы в этот раз поговорим только о разработках с известным ресурсом, которые производители ставят на автомобили серийно.

Дифференциал Красикова. Замкнутые цепочки шариков играют здесь роль обычных шестерён. Просто и эффективно

Второй подход предполагает блокировку дифференциалов извне. При помощи механики, электрики или пневматики дифференциалы жёстко соединяют две свои половинки для вращения вместе. Управлять процессом может как водитель, так и автоматика.

Ещё одно принципиальное различие – если межколёсные дифференциалы обычно работают симметрично, то среди межосевых есть как симметричные, так и несимметричные, раздающие момент вперёд и назад не поровну. Цели и области применения у них разные. Симметричные, как правило, атрибут внедорожника, которому важно просто выдать максимум момента к тому или иному колесу. Несимметричные – удел спортивных кроссоверов: им дисбаланс при сохранении привода на все колёса придаёт заднеприводный характер в вираже и тем самым повышает управляемость.

Среди разнообразных более-менее сложных конструкций существуют поистине уникальные системы, как, например, управляющие «разнотягом» задних колёс устройства AYC Mitsubishi и SH-AWD Honda, DPC BMW.

SH-AWD. Два комплекта планетарных редукторов и многодисковых муфт позволяют подруливать разнотягом колёс

С ПОВЫШЕННЫМ ТРЕНИЕМ

На сегодняшний день наиболее распространён винтовой или червячный дифференциал, в котором распределением момента между половинками заведуют пары косозубых шестерён. Степень их блокировки зависит от трения в косозубом зацеплении и от трения торцов шестерен о корпус дифференциала. Варьировать характеристики можно изменяя угол зубьев, но в любом случае степень блокировки, обеспечиваемая такими конструкциями по вездеходным меркам эфемерна. К таким системам относятся Torsen и Quaife. Благодаря  мягкому, неполному срабатыванию и возможности создать несимметрично работающую конструкцию, эти дифференциалы как правило применяют в качестве межосевых. Кстати, главный плюс Torsen – его высочайшая надёжность.

Блокировка Torsen/Quaife. Винтовые шестерни такой блокировки при зацеплении работают с большим трением

Другой вариант дифференциалов повышенного трения – многодисковые конструкции, в которых пакет «мокрого» сцепления, соединяющий две полуоси, близок по конструкции к аналогичному в обычном автомате. Характеристика срабатывания и степень блокировки здесь определяется тем, каким образом сжимались эти диски. Самый простой дифференциал повышенного трения устанавливали на старый Grand Cherokee – там пакет дисков был просто подпружинен с постоянным усилием. То есть дифференциал был всё время немного поджат, а в случае пробуксовки одного колеса он передавал какую-то часть момента на другое. Плюс – простота конструкции, минус – линейность характеристики сжатия определяла узкий диапазон действительной работы дифференциала. Проще говоря, на серьёзном бездорожье муфта просто буксовала и полноприводность получалась условная.

Многодисковая муфта. Небольшой фрагмент стандартной автоматической коробки может работать в качестве устройства подключения моста. Выигрыш в дешевизне, проигрыш в надёжности  

В более продвинутых системах в качестве рабочей жидкости для пакета фрикционов использовались силиконовые смазки, повышающие трение при нагреве. Но и они скорее для полноприводных спортсменов, чем для полноценных внедорожников, хотя именно такие конструкции были установлены в заднем мосту Mitsubishi Pajero и Nissan Patrol. Дифференциал с виско-муфтой довольно часто применяли в качестве межосевого — например, на Subaru Impreza, Legacy, Forester с механической коробкой, а впервые его серийно установили на AMC Eagle. Ещё одна ветвь порождённая виско-муфтами – конструкции, в которых она вообще полностью заменила межосевой дифференциал. Такова знаменитая трансмиссия Syncro полноприводных Volkswagen последней трети ХХ века.

Гарантированно блокирующимся стал многодисковый дифференциал с гидророторным насосом. Тут уже дело не ограничилось свойствами масла или натягом пружины. Насос был прикреплён к одной стороне дифференциала, а приводился от другой. Работать он начинал, когда создавалась разница вращения правого и левого колёс, а выработанное давление, в зависимости от степени пробуксовки, больше или меньше сжимало диски. Конструкция хоть и не стопроцентно надёжная, зато гораздо более вездеходная, чем все предыдущие варианты. Из минусов – довольно резкое срабатывание и, увы, не слишком большой ресурс. Тем не менее на Grand Cherokee WJ 1999 года именно такой дифференциал установлен в качестве межосевого.

Армейская крайность самоблоков – кулачковые или сухариковые дифференциалы повышенного трения. Этот вид можно считать самым древним, а представляют они собой абсолютно механическую систему, в которой замыкание половин дифференциала происходит посредством трения поперечных сухарей по выступам боковых муфт – кулачкам. Это довольно грубая, но надёжная конструкция, хорошо работающая в приводах медленных тяжёлых машин с большими колёсами. Она имеет два недостатка – высокую сложность изготовления и огромные потери мощности внутри самого устройства. Такие дифференциалы массово устанавливали на большую часть советской армейской техники, от ГАЗ-66 и «Уралов» до БТР.

Кулачковая блокировка. Главный рабочий элемент – обойма с сухарями. Двигаясь с усилием вперёд-назад, сухари огибают впадины и выпуклости (кулачки)

УПРАВЛЯЕМЫЕ ИЗВНЕ

Вторая группа блокируемых дифференциалов – те что механически (электрически, пневматически) намертво соединяют левую половину моста с правой. С ними всё более-менее просто и понятно: к мосту присоединён какой-либо привод, внутри – скользящая муфта наподобие тех, что включают передачи в коробке, – и тяга жёстко распределена между колёсами в соотношении 50 на 50. Причём если раньше для блокирования требовалась полная остановка, то сегодня подавляющее большинство конструкций отлично блокируются и на ходу, при скоростях до 40–50 км/ч.

Именно они лучше всего подходят для бездорожья, наиболее надёжны и безальтернативны для машин, владельцы которых готовы покорять направления, но… О том, что заблокированный дифференциал может быть не только полезен, но и вреден, хорошо знают обладатели внедорожников с механической блокировкой. В грязи такая машина, разумеется, значительно лучше гребёт колёсами, но теряет в управляемости. А на твёрдом покрытии движение в заблокированном режиме вообще чревато поломками и всё той же неважной управляемостью – машина стремится выпрямить траекторию, неохотно заходит в поворот. Следовательно, нужно непрерывно включать-выключать блокировки, а ещё лучше – дозировать тягу на каждое колесо в зависимости от его сцепления с дорогой. Поэтому теперь мы поговорим не о жёстко блокируемых системах, а о дальнейшем развитии самоблокирующихся устройств из предыдущей главы.

  
Большую часть проблем, связанных с задержками срабатывания, степенью блокировки и главное безошибочностью моментов включения-отключения, удалось решить тогда, когда для рядового автомобиля стали доступными электронные системы борьбы с буксованием. Алгоритм их работы прост: датчик вращения колеса (тот же самый, что обслуживает ABS) служит информатором о наличии-отсутствии пробуксовок, а исполнительные механизмы так или иначе оперируют тягой.

Наиболее пригодными для воздействия электроники, разумеется, получились многодисковые муфты, породив обширное семейство электронно-управляемых систем. Причем скорость их реагирования позволяет столь тонко дозировать тягу на половинках дифференциала, что автомобиль способен мгновенно приспосабливаться к меняющимся условиям движения. Для межосевого дифференциала это дает возможность перебрасывать часть момента с оси на ось для уверенного трогания или придания автомобилю большей заднеприводности в повороте. Межколесные получили ещё больше полномочий – теперь они могут даже корректировать курс на ходу.

Подобные системы установлены в трансмиссиях заряженных версий М BMW X5 и X6. Помимо регулируемого несимметричного межосевого (40 на 60% в спокойном режиме), в заднем мосту здесь установлен активный дифференциал DPC с двумя пакетами фрикционов и двумя планетарными механизмами. В повороте фрикционы внешнего колеса сжимаются, увеличивая тягу на нём. Вкупе с перераспределением момента в пользу задних колёс это даёт сильный эффект доворота машины без поворота руля. Разумеется, комфортность и универсальность такой системы полностью зависит от тонкостей прописанных программ, но и открывает перед владельцем даже некоторую возможность индивидуальной настройки персонального автомобиля в сторону зажигательности или, наоборот, безопасности.

Наряду с подобными устройствами те же функции могут быть с успехом реализованы штатной противобуксовочной системой, тормозящей свободное колесо и через стандартный свободный дифференциал отсылающей момент к противоположному. По сути, это типовая работа системы стабилизации ESP, перепрограммированная для условий плохой дороги и низких скоростей. И здесь главное – быстродействие, а также точность программы. Подобные «псевдоблоки» способны даже кроссоверам придать достаточно высокую проходимость. К примеру, работу системы контроля тяги ETC стандартного М-класса на бездорожье можно отличить от честно заблокированного аналога со внедорожным пакетом лишь по треску насоса ABS. Разумеется, для длительных силовых упражнений такой вариант не слишком хорош – немного теряется тяга, насос ABS перегревается, да и колодки изнашиваются, но эпизодическое бездорожье подобная электроника побеждает триумфально. Поскольку эффективность подобных систем с годами растёт, а стоимость падает, они всё больше вытесняют с рынка иные, механически более сложные устройства. Последним приходится довольствоваться нишей автоспорта или полноценных внедорожников.

Сегодня процессы самоблокировки в большинстве дифференциалов столь скоротечны и плавны, что зачастую даже продвинутый водитель не в состоянии отличить, сработал у него самоблок, принудительная блокировка или это электроника стабилизации помогла не буксовать. Будущее систем перераспределения тяги в поголовном господстве противобуксовочных систем для массового автомобиля и полноценных «железных» блокировок для настоящего, бескомпромиссного офф-роуда.

Текст Евгений Хапов

Дифференциал (механическое устройство) — Простая англоязычная Википедия, свободная энциклопедия

Из простой английской Википедии, бесплатной энциклопедии.

Линейная схема дифференциальной передачи. (1) Зубчатый венец, (2) Шестерни, (3) Вал-шестерня, (4) Ведущая шестерня, (5) Правая ось, (6) Боковые шестерни, (7) Левая ось

Дифференциал представляет собой механическое устройство состоит из нескольких шестерен.

Он используется практически во всех механизированных четырехколесных транспортных средствах. Он используется для передачи крутящего момента от карданного вала к ведущим колесам. Его основная функция — позволить ведущим колесам вращаться с разной скоростью вращения, позволяя колесам проходить повороты, продолжая получать мощность от двигателя. [1]

  • Открытый дифференциал (OD) является наиболее распространенным типом. Он также является наименее дорогим. Открытый дифференциал позволяет автомобилю проходить повороты без волочения внешнего колеса. Однако мощность передается на колесо с наименьшим сцеплением с дорогой. Если это колесо находится на льду или другой скользкой поверхности, транспортное средство не будет двигаться вперед, а колесо с усилителем просто будет вращаться. В автомобилях с приводом на два колеса, если они имеют открытый дифференциал, они имеют только одно ведущее колесо. В полноприводных автомобилях с открытыми дифференциалами (обычно заводскими) только одно колесо на каждой оси приводит в движение автомобиль.
    Преимущества включают в себя редкое разрушение оси, меньший износ шин, и они бесплатны, поскольку большинство новых автомобилей поставляются с открытыми дифференциалами. [2]
  • Дифференциал повышенного трения (LSD) решает эту проблему. Используя ряд сцеплений (называемых пакетом сцеплений), LSD допускает ограниченное проскальзывание колес, сохраняя при этом мощность на оба ведущих колеса. [3] LSD популярны в гоночных автомобилях, так как часто они выходят из поворота и нуждаются в ускорении без потери мощности на одно ведущее колесо. [3]
  • А блокировка дифференциала (блокировка) способна блокировать два ведущих колеса на оси вместе. Преимущество в том, что оба колеса всегда имеют мощность. Недостатком является то, что поворачивать намного сложнее, так как оба колеса должны вращаться с одинаковыми оборотами. Таким образом, большинство шкафчиков должны быть отключены при резких поворотах. Шкафчики также могут создать для водителя некоторые опасные ситуации.
    Например, при движении по склону (движение поперек), если одно ведущее колесо теряет сцепление с дорогой, оба теряют сцепление с дорогой, и автомобиль может скользить вниз по склону. Водителей часто предупреждают, чтобы они не пересекали склон, если поверхность рыхлая или скользкая. [4] Локеры могут включаться и выключаться механически, электронным способом (электронный шкафчик) или с помощью сжатого воздуха (воздушный шкафчик). Шкафчики желательны на внедорожниках, но обычно бесполезны на улицах и шоссе.
  • Катушка представляет собой открытый дифференциал, в котором оси механически скреплены друг с другом. [2] Это не позволяет ни одному из колес двигаться быстрее или медленнее на поворотах. Это дешево и практически не увеличивает вес автомобиля, но обычно ограничивается соревнованиями по бездорожью и ездой по бездорожью. [2] Нежелательны для езды по улице, т.к. будут «чирикать» шинами при поворотах. [2]
  1. «Как работает дифференциал?». Изучайте инженерное дело. Архивировано из оригинала 8 мая 2016 года. Проверено 13 мая 2016 года.
  2. 2.0 2.1 2.2 2.3 Дэвид Кеннеди (1 апреля 2004 г.). «Открытый дифференциал против катушки — различия дифференциала». Четырехколесная сеть. Проверено 13 мая 2016 г.
  3. 3.0 3.1 «Дифференциалы и дифференциалы повышенного трения (LSD)». drivefast.net. Архивировано из оригинала 9 октября 2015 года. Проверено 13 мая 2016 года.
  4. «Пересечение склона». Курс Эда Висконсинского квадроцикла / Offroad-ed.com. Архивировано из оригинала 19 сентября 2015 года. Проверено 13 мая 2016 года.
  • Как работает дифференциал и типы дифференциалов, YouTube
  • Как работает воздушная камера, YouTube
  • За углом — Как работает дифференциальное рулевое управление (1937)

Различные типы дифференциалов повышенного трения

Вы, вероятно, слышали о дифференциалах повышенного трения, если когда-либо изучали свою трансмиссию или гоночные автомобили, такие как раллийные или дрифт-кары.

Но знаете ли вы, что существуют различные типы самоблокирующихся дифференциалов, которые сильно различаются по эффективности и функциональности?

В этом руководстве мы немного углубимся в механику дифференциалов и разберем все, что вам нужно знать о различных типах дифференциалов повышенного трения.

Что такое дифференциал?

Онесифор Пеккер изобрел первый дифференциал в 1827 году, и это был важный шаг на пути к современному автомобилю. Дифференциалы равномерно передают мощность от трансмиссии к колесам и компенсируют поворот автомобиля.

При повороте автомобиля ближайшее к повороту колесо проходит меньшее расстояние, чем внешнее колесо, и дифференциал компенсирует это внутри себя с помощью шестерен.

Но в то время как обычный или открытый дифференциал работает именно так, дифференциал повышенного трения идет еще дальше.

Что такое самоблокирующийся дифференциал?

Дифференциалы повышенного трения (LSD) перенаправляют крутящий момент на колесо с наибольшим сцеплением.

Передавая большую мощность на колесо с улучшенным сцеплением, автомобиль получает лучшее сцепление с дорогой, что приводит к лучшей управляемости и меньшему проскальзыванию. Именно поэтому многие называют дифференциалы повышенного трения дифференциалами, чувствительными к крутящему моменту.

Без самоблокирующегося дифференциала ваш автомобиль будет перенаправлять мощность на колесо с наименьшим сцеплением с дорогой. Это означает, что достаточно одного колеса, чтобы потерять сцепление с дорогой на типичном автомобиле с задним или передним приводом, чтобы вы застряли.

Дифференциалы повышенного трения устраняют эту проблему — в автомобиле с задним или передним приводом обе шины на ведущей оси должны потерять сцепление с дорогой, чтобы вы могли застрять. В автомобилях с полным или полным приводом все четыре колеса должны потерять сцепление с дорогой, чтобы вы могли застрять.