Автомобильный дифференциал

Преимущества и недостатки

Начнем с достоинств дифференциала Torsen:


  • высокая точность работы;
  • плавность работы;
  • низкий уровень шума при работе;
  • распределение мощности двигателя автомобиля между колесами или ведущими мостами происходит автоматически и не требует участия водителя;
  • мгновенное перераспределение крутящего момента не влияет на процесс торможения;
  • при корректной эксплуатации практически не нуждается в обслуживании (необходимы лишь контроль уровня трансмиссионного масла и его своевременная замена).

Недостатки дифференциала Торсен:

  • высокая стоимость из-за сложности изготовления и сборки механизма;
  • увеличение расхода топлива из-за потерь на трение элементов механического устройства;
  • сравнительно низкий КПД;
  • предрасположенность к заклиниванию;
  • высокий износ нагруженных элементов;
  • механизм требует особые смазочные материалы из-за значительного тепловыделения при работе;
  • ускоренный износ деталей при использовании колес одной оси с разными характеристиками (например, при установке запасного колеса, отличающегося от установленных колес).

Раздаточная коробка

У раздаточных коробок, которые монтируют на полноприводные машины с системой AWD, предусмотрена функция подключения и отключения передней колесной оси. Раздаточные коробки функционируют в режимах, обусловленных конструкцией этого узла. Смена режима функционирования раздаточной коробки происходит при помощи установленного в салоне поворотного переключателя, кнопок на центральном тоннеле или посредством более привычного рычага переключения, смонтированного вблизи рычага переключения коробки передач.

Рассматривая приспособления, используемые инженерами для придания транспортному средству внедорожных возможностей, стоит остановиться на таком элементе, как понижающая передача. Понижающую передачу устанавливают в «раздатку», которая, как уже говорилось, применяется в целях распределения момента в требуемой пропорции между обеими колесными осями. Суть понижающей передачи в том, что ее включение ведет к падению скорости транспортного средства с одновременным ростом тяги и мощности.

Обычно, «понижайку» принято подключать в режиме езды по тяжелому бездорожью, а также при передвижении автомобиля с крутого спуска или в подъем. «Понижайку» включают и при форсирования брода, либо при езде по песку. В подавляющем большинстве современных автомобилей понижающая передача включается отдельным рычагом или кнопкой с обозначениями «L» или «LO». На ряде моделей машин «понижайка» включается путем перевода рычага переключения передач в соответствующее положение.

Раздаточная коробка. 1 — сапун, 2 — шестерня включения заднего моста и понижающей передачи, 3 — ведомый вал, 4 — ведущая шестерня привода спидометра, 5 — ведомая шестерня привода спидометра, 6 — промежуточный вал, 7 — шестерня включения переднего моста, 8 — вал привода переднего моста, 9 — шестерня привода переднего моста, 10 — шестерня понижающей передачи, 11 — ведущий вал, 12 — сливная пробка, 13 — наливная (контрольная) пробка.

На показатель падения скорости напрямую влияет передаточное соотношение шестерней. Со включенной понижающей передачей автомобиль будет ехать с мотором, работающим на повышенных оборотах. В качестве примера можно привести ситуацию, когда, забираясь в горку со включенной третьей передачей, мотору будет не хватать оборотов, а при переходе на вторую передачу мощности будет слишком много. В этом случае, включив пониженную передачу, машина поедет с нужной небольшой скоростью, но двигатель будет работать в условиях повышенных оборотов.

С повышением крутящего момента на колесах преодоление бездорожья происходит более эффективно. При этом одновременно с передаточным числом на вторичном вале увеличивается количество оборотов колесной оси. Благодаря такой особенности, машина способна не только взбираться в крутые подъемы и спуски, но и преодолевать водные преграды или справляться с размытой глиняной грунтовкой.

На полноприводных машинах, оборудованных коробками-автоматами, «раздатку» могут даже и не устанавливать. Ее функции в таком случае выполняют дополнительные узлы и коробки передач. Таким устройством является демультипликатор – механизм, предназначенный для увеличения тяговой силы на колесах. Поскольку не все автомобильные трансмиссии оборудуются отдельной раздаточной коробкой, обычная коробка передач оснащается специальным рычагом, посредством которого задействуется пониженная передача. Стоит иметь в виду, что при включении «понижайки» в обычном режиме, например при поездке по асфальтированному шоссе, значительно возрастает риск перегрузки и поломки как силового агрегата, так и трансмиссии.

Что такое блокировка дифференциала в автомобиле

Это способ заблокировать сателлиты, чтобы исключить их вращение вокруг своей оси или соединить шестерню полуоси с корпусом дифференциала. Крутящий момент будет передаваться равномерно или в определенном соотношении между двумя полуосями ведущих колес. Существует два вида блокировок – жесткая и частичная.

В первом случае, все части дифференциала будут заблокированы, момент будет передаваться на все ведущие колеса. На многих внедорожниках этот режим называется «Lock». Второй вид – в нем используются дифференциалы повышенного трения. В них мощность передается в определенной пропорции между буксующим колесом и заблокированным. Чем быстрее вращается свободная ось, тем больше крутящего момента идет на «стоячее» колесо.

Жесткая или принудительная блокировка

Она активируется принудительным нажатием кнопки в салоне или физическим перемещением определенного элемента в механизме. В последнем случае водителю нужно было перемещать рычаг и при помощи тросов происходило смещение муфты, блокирующей ось колеса с корпусом дифференциала. В современных авто применяются пневматические, гидравлические или электрические привода. В некоторых случаях используется не межколесная блокировка, а межосевая, мощность передается между передними и задними колесами машины в соотношении 50:50, 50:40, в зависимости от настроек.

Частичная блокировка или LSD

LSD – этот термин означает, что в авто применяется дифференциалы ограниченного, частичного проскальзывания.

Они бывают:

Вязкостная муфта (вискомуфта). Состоит из набора дисков, часть которых закреплена с корпусом, вторая – с ведущим валом. Вся конструкция находится в герметичном корпусе, заполненном специальным силиконом. При увеличении скорости вращения ведущего вала выше скорости корпуса, диски на валу начинают мешать собой силикон. Он меняет свои свойства, становится вязким. Тем самым повышается коэффициент трения между дисками, дифференциал блокируется. При уравнивании скоростей, силиконовая смазка восстанавливает свою вязкость и диски разблокируются.

Дисковые муфты повышенного трения. В них вместо силикона применяются фрикционные диски. Часть находится на полуоси, часть на корпусе дифференциала. При прямолинейном движении колес весь механизм работает как одно целой. При проскальзывании одной из осей, за счет силы трения дисков он блокируется, передавая момент на оба колеса.


Червячные. Ярким примером является дифференциал Торсен. В его конструкции применяются сателлиты червячного типа, которые могут вращаться от червячных шестерен полуосей, а сами вращать их не могут – блокируются. При повышении угловой скорости одной оси происходит блокировка сателлитов и перераспределение мощности на колесо с хорошим сцеплением с дорогой. Чем быстрее проскальзывает колесо, тем больше момента передается на другую ось. Происходит автоматическая частичная блокировка дифференциала, без участия водителя. При выравнивании скоростей, червячные сателлиты разблокируются и механизм вернется в исходное состояние.

В последнее время на современных автомобилях появилась третий вид блокировок – имитация блокировки межколесного дифференциала. Здесь все происходит в автоматическом режиме. Система считывает данные с датчиков ABS о скорости вращения ведущих колес. Если они сильно различаются, то тормозная система «прикусывает» колесо, которое быстрее крутится, буксует, часть энергии вращения передается на колесо с хорошим сцеплением. В данных системах не применяются дорогие и сложные конструкции для блокировок, используется свободный дифференциал и электронная система с датчиками АБС – это удешевляет конструкцию и конечную стоимость автомобиля. Но эффективности в ней меньше, чем настоящих, физических блокировок. Подробнее о принципах работы разных типов дифференциалов поговорим в других статьях. Сейчас приведем основные недостатки таких блокировочных механизмов.

  1. Сложная конструкция, ведущая к дорогому ремонту
  2. Повышенные требования к обслуживанию
  3. Большой нагрев механизма, в результате повышенного трения элементов. При длительном использовании сокращается срок службы деталей и всего агрегата в целом
  4. Установка дополнительной электроники, контролирующей температуру элементов муфты и другие параметры, обеспечивающие надежность, долговечность механизма

Преимущества и недостатки

  • Возможность безопасного и эффективного выполнения поворотов. При отсутствии устройства в конструкции автомобиля транспортное средство пробуксовывало бы на них. Это привело бы к существенному снижению маневренности, а также к значительному повышению нагрузки на трансмиссию и другие узлы машины.
  • Надежность. Устройство способно выдержать существенные нагрузки.

А это – минусы узла.

  • Необходимость блокировки в некоторых условиях передвижения. Уже говорилось, что при пробуксовке дифференциал может почти остановить колесо, сохранившее надежное сцепление с покрытием. Это требует блокировать его в некоторых условиях. К ним можно отнести передвижение по льду, снегу, сложным дорогам.
  • Необходимость следить за состоянием узла. Конструкция испытывает значительные нагрузки во время передвижения транспортного средства. Поэтому со временем ее элементы изнашиваются. Это требует от водителя постоянно следить за их состоянием и менять на новые при сильном износе.

Разновидности блокировок межосевого дифференциала

В современных внедорожниках реализовывается два типа блокировки межосевого дифференциала: ручная и автоматическая. Оба они предполагают или полное, или частичное выключение узла. Чаще на автомобилях повышенной проходимости устанавливаются автоматические блокировки межосевых дифференциалов. Существует три их основных разновидности:

  • Блокировка с вискомуфтой;
  • Блокировка типа Torsen;
  • Блокировка с фрикционной муфтой.

Каждый из этих видов блокировки имеет свои конструктивные особенности и преимущества.

Блокировка с вискомуфтой

Такая разновидность блокировки межосевого дифференциала является на сегодняшний день наиболее распространенной. Она построена по симметричной планетарной схеме, в основе которой лежит взаимодействие между собой конических шестерен. Одним из важнейших элементов ее конструкции является наполненная масляной воздушно-силиконовой смесью герметично закрытая полость. Она связана с полуосями посредством двух отдельных пакетов дисков.

Если полноприводный автомобиль едет с постоянной скоростью по ровной поверхности, то межосевой дифференциал, снабженный такой системой блокировки, транслирует крутящий момент на переднюю и заднюю ведущие оси в соотношении 50% на 50%. В том случае, если вращение одного из пакетов дисков ускоряется, то за счет повышения давления в герметичной полости вискомуфта начинает блокировать (то есть тормозить) соответствующий пакет. Благодаря этому угловые скорости выравниваются, и, по сути дела, происходит блокировка межосевого дифференциала.

Основными достоинствами такой системы являются простота ее конструкции и невысокая стоимость. Именно эти факторы обусловили широкое распространение вискомуфт в системах блокировок межосевых дифференциалов современных внедорожников. Что касается недостатков такой конструкции, то к ним следует отнести неполное автоматическое блокирование, а также риск перегрева в том случае, если она работает в течение длительного периода времени. Дело в том, что значительная часть передаваемой ей кинетической энергии вращения преобразовывается в энергию тепловую.

Блокировка типа Torsen

Она состоит из таких основных элементов, как корпус, левая и правая полуосевые шестерни, их сателлиты и выходные валы. Специалисты в области автомобилестроения считают, что конструкция блокировки межосевого дифференциала этого типа является на сегодняшний день наиболее эффективной и совершенной.

Основу этого механизма блокировки составляют две пары червячных колес, в каждой из которых есть ведущее и ведомое (они называются полуосевыми и сателлитами). Функционирование этой системы основывается на некоторых особенностях, которые имеют шестерни такого типа. Если все колеса автомобиля имеют одинаковое сцепление с поверхностью, то дифференциал работает в штатном режиме. Как только одно из них начинает по тем или иным причинам вращаться быстрее остальных, то сателлит, связанный с ним, пытается начать вращение в обратную сторону. Вследствие этого происходит перегрузка червячной шестерни, а выходные валы блокируются. «Высвободившийся» крутящий момент переходит на другую ось, в результате чего его значения уравниваются.

Важнейшими преимуществами блокировки межосевого дифференциала типа Torsen являются очень высокая скорость срабатывания и широкий диапазон значений переброски вращающего момента с оси на ось. Кроме того, такая блокировка не перегружает тормозную систему автомобиля. Основным недостатком такой конструкции ее сложность.

Блокировка с фрикционной муфтой

Главной отличительной особенностью такой системы является то, что она предполагает возможность как автоматической, так и ручной блокировки межосевого дифференциала. Конструктивно она очень похожа на системы с вискомуфтой, только вместо последней в ней установлены фрикционные диски.

При плавном движении автомобиля угловые скорости между его ведущими осями распределяются равномерно. Если одна из полуосей ускоряется, то фрикционные диски сближаются, сила трения между ними увеличивается, в результате чего происходит притормаживание полуоси.

Системы блокировки межосевых дифференциалов, устроенные на основе фрикционных муфт, на серийных автомобилях практически не применяются. Она достаточно сложна по своей конструкции, к тому же имеет невысокий ресурс из-за того, что рабочие элементы (фрикционные диски) быстро изнашиваются. Кроме того, устройства блокировки с фрикционными муфтами требуют частого обслуживания.

Назначение

Применение дифференциалов в трансмиссиях автомобилей обусловлено небходимостью 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 установкe 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.

Дифференциал функции.

Определение 2.

Если функция \(y=f(x)\) определена в \(\delta\)-окрестности точки \(x_0\), а приращение \(\Delta y\) функции \(y=f(x)\) в точке \(x_0\) представимо в виде $$ \Delta y=A\Delta x+\Delta x\varepsilon(\Delta x),\label{ref19} $$ где \(A=A(x_0)\) не зависит от \(\Delta x\), a \(\varepsilon(\Delta x)\rightarrow 0\) при \(\Delta x\rightarrow 0\), то функция \(f\) называется дифференцируемой в точке \(x_0\), а произведение \(A\Delta x\) называется ее дифференциалом в точке \(x_0\) и обозначается \(df(x_0)\) или \(dy\).

Таким образом, $$ \Delta y=dy+o(\Delta x)\ при\ \Delta x\rightarrow 0,\label{ref20} $$ где $$ dy=A\Delta x.\label{ref21} $$ Отметим, что приращение \(\Delta y=f(x_0+\Delta x)-f(x_0)\) можно рассматривать только для таких \(\Delta x\), при которых точка \(x_0+\Delta x\) принадлежит области определения функции \(f\), в то время как дифференциал \(dy\) определен при любых \(\Delta x\).

Теорема 2.

Для того чтобы функция \(y=f(x)\) была дифференцируемой в точке \(x_0\), необходимо и достаточно, чтобы эта функция имела производную в точке \(x_0\). При этом дифференциал и производная связаны равенством $$ dy=f'(x_{0})\Delta x.\label{ref22} $$

\(\circ\) Если функция \(y=f(x)\) дифференцируема в точке \(x_0\), то выполняется условие \eqref{ref19}, и поэтому \(\displaystyle \frac{\Delta y}{\Delta x}=A+\varepsilon(\Delta x)\), где \(\varepsilon(\Delta x)\rightarrow 0\) при \(\Delta x\rightarrow 0(\Delta x\neq 0)\), откуда следует, что существует \(\displaystyle \lim_{\Delta x\rightarrow 0}\frac{\Delta y}{\Delta x}=A\), то есть существует \(f'(x_0)=A\).

Обратно: если существует \(f'(x_{0})\), то справедливо равенство \eqref{ref5}, и поэтому выполняется условие \eqref{ref19}. Это означает, что функция \(f\) дифференцируема в точке \(x=x_0\), причем коэффициент \(A\) в формулах \eqref{ref19} и \eqref{ref21} равен \(f'(x_{0})\), и поэтому дифференциал записывается в виде \eqref{ref22}. \(\bullet\)

Таким образом, существование производной функции в данной точке равносильно дифференцируемости функции в этой точке. Функцию, имеющую производную в каждой точке интервала \((a,b)\), называют дифференцируемой на интервале \((a,b)\).


Если функция \(f\) дифференцируема на интервале \((a,b)\) и, кроме того, существуют \(f_{+}'(a)\) и \(f_{-}'(b)\), то функцию \(f\) называют дифференцируемой на отрезке \(\).

Замечание 3.

Если \(f'(x_0)\neq 0\), то из равенств \eqref{ref20} и \eqref{ref22} следует, что \(dy\neq 0\) при \(\Delta x\neq 0\) и $$ \Delta y\sim dy\ при\ \Delta x\rightarrow 0.\nonumber $$ В этом случае говорят, что дифференциал есть главная линейная часть приращения функции, так как дифференциал есть линейная функция от \(\Delta x\) и отличается от \(\Delta y\) на бесконечно малую более высокого порядка, чем \(\Delta x\).

Замечание 4.

Приращение \(\Delta x\) часто обозначают символом \(dx\) и называют дифференциалом независимого переменного. Поэтому формулу \eqref{ref22} записывают в виде $$ dy=f'(x_{0})dx.\label{ref23} $$ По формуле \eqref{ref23} можно найти дифференциал функции, зная ее производную. Например, \(d\sin x=\cos x dx,\;de^{x}=e^{x}dx\). Из формулы \eqref{ref23} получаем $$ f'(x_{0})=\frac{dy}{dx}.\label{ref24} $$ Согласно формуле \eqref{ref24} производную можно рассматривать как отношение дифференциала функции к дифференциалу независимого переменного.

Замечание 5.

Отбрасывая в формуле \eqref{ref20} член \(o(\Delta x)\), то есть заменяя приращение функции ее дифференциалом, получаем приближенное равенство \(\Delta y\approx f'(x_0)\Delta x\), или $$ f(x_{0}+\Delta x)\approx f(x_{0})+f'(x_{0})\Delta x.\label{ref25} $$ Формулу \eqref{ref25} можно использовать для вычисления приближенного значения \(f(x_{0}+\Delta x)\) при малых \(\Delta x\), если известны значения \(f(x_{0})\) и \(f'(x_0)\).

Пример 6.

Найти с помощью формулы \eqref{ref25} приближенное значение функции \(y=\sqrt{x}\) при \(x=90\).

\(\triangle\) Полагая в формуле \eqref{ref25} \(f(x)=\sqrt{x}\), \(x_0=81,\ \Delta x=9\) и учитывая, что \(f(x_{0})=\sqrt{81}=3\), \(f'(x)=\displaystyle \frac{1}{4}x^{-3/4}\), \(f'(x_{0})=\displaystyle \frac{1}{3^3}\), получаем \(\sqrt{90}\approx 3+\displaystyle \frac{1}{12}\), то есть \(\sqrt{90}\approx 3,083.\ \blacktriangle\)

Блокировки с вискомуфтой

Это наиболее распространенная блокировка. Она базируется на симметричной планетарной схеме. Работа основана на взаимодействующих между собой конических шестеренках. Важным элементом данной конструкции является специальная герметичная полость. В ней воздушно-силиконовая смесь. Механизм связан с полуосями за счет пакетов дисков.

Если авто с полным приводом двигается с какой-то постоянной скоростью по достаточно ровной поверхности, то дифференциал с такой блокировкой передает крутящий момент к передней и задней оси в пропорции 50:50. Если же один из пакетов будет вращаться быстрее, то за счет повышенного давления в герметичной емкости вискомуфта начнет тормозить пакет. За счет этого выровняются угловые скорости. Дифференциал заблокируется.

Среди главных достоинств этой системы можно выделить ее простоту и малую стоимость. Именно за счет этих факторов механизм получил такое широкое распространение в современных внедорожниках. Если говорить о недостатках, то автоматическое блокирование осуществляется не полностью и существует риск перегрева системы, если блокировка эксплуатируется достаточно долго.

Межосевые дифференциалы

Межосевые дифференциалы применяются на автомобилях, имеющих несколько ведущих мостов, т. е. на автомобилях повышенной проходимости, внедорожниках и т. п. Применение межосевых дифференциалов исключает циркуляцию мощности, которая нагружает трансмиссию при движении автомобиля по дорогам с неровной поверхностью. Такая циркуляция возникает из-за того, что колеса различных мостов, особенно у автомобилей с габаритной базой, проходят во время движения разные пути, а также из-за различия давления воздуха в шинах и разных нормальных нагрузок на ведущие колеса.

Симметричные межосевые дифференциалы, устанавливаемые между равнонагруженными мостами автомобилей повышенной и высокой проходимости, выполняют обычно в виде простых конических с возможностью принудительной блокировки из кабины водителя. Их устанавливают или в раздаточной коробке, как, например, на автомобилей ВАЗ-2121 «Нива», или на промежуточном мосту трехосного автомобиля в приводе главной передачи, как, например, на автомобилях марки «КамАЗ» (рис. 1).

Конструкция межосевого симметричного дифференциала аналогична конструкции межколесных конических дифференциалов, с устройством и работой которых можно ознакомиться здесь.

Несимметричные межосевые дифференциалы, устанавливаемые в раздаточных коробках автомобилей КамАЗ-4310, КрАЗ-260 и распределяющие крутящие моменты пропорционально нормальным нагрузкам на мосты, выполняют чаще всего планетарными цилиндрическими.

Схема несимметричного планетарного дифференциала приведена на рисунке 1, а конструкция межосевого дифференциала, размещенного в раздаточной коробке трехосного автомобиля КамАЗ-4310, — на рисунке 3.

Дифференциал представляет собой планетарную передачу, ведущим элементом которой является водило 16, связанное с корпусом дифференциала. Коронное зубчатое колесо 11 своей ступицей установлено свободно на бронзовой втулке в заднем фланце водила 16 и шлицами соединено с валом 9 привода задних мостов. Солнечное зубчатое колесо 13 установлено на шлицах вала 18 переднего моста.

У полностью нагруженного автомобиля его масса распределяется по осям так, что на передний мост приходится примерно одна треть массы автомобиля, а на промежуточный и задний мосты – две трети массы. Но так как промежуточный и задний мосты приводятся в действие одним карданным валом, то для оптимального распределения силы тяги по всем ведущим мостам раздаточной коробкой на два задних моста должен передаваться крутящий момент в два раза больший, чем на передний мост.

Конструктивно солнечное 13 и коронное 11 зубчатые колеса выполнены так, что r2 = 2r1, следовательно Мзад = 2 Мперед, т. е. дифференциал распределяет крутящие моменты между передним мостом и задней тележкой в соотношении 1:2.

Для блокирования дифференциала на средней части фланца водила 16 выполнены шлицы, на которых установлена муфта 17 блокировки. Перемещение муфты блокировки осуществляется с помощью электропневматического привода, управляемого из кабины водителя.

***

Учебные дисциплины
  • Инженерная графика
  • МДК.01.01. «Устройство автомобилей»
  •    Карта раздела
  •       Общее устройство автомобиля
  •       Автомобильный двигатель
  •       Трансмиссия автомобиля
  •       Рулевое управление
  •       Тормозная система
  •       Подвеска
  •       Колеса
  •       Кузов
  •       Электрооборудование автомобиля
  •       Основы теории автомобиля
  •       Основы технической диагностики
  • Основы гидравлики и теплотехники
  • Метрология и стандартизация
  • Сельскохозяйственные машины
  • Основы агрономии
  • Перевозка опасных грузов
  • Материаловедение
  • Менеджмент
  • Техническая механика
  • Советы дипломнику
Олимпиады и тесты
  • «Инженерная графика»
  • «Техническая механика»
  • «Двигатель и его системы»
  • «Шасси автомобиля»
  • «Электрооборудование автомобиля»

Принцип работы дифференциала

Работу дифференциала при движении автомобиля поясняет .

При прямолинейном движении автомобиля по ровной дороге () ведущие колеса одного моста проходят одинаковые пути, встречают одинаковое сопротивление движению и вращаются с одной и той же скоростью. При этом корпус дифференциала, сателлиты и полуосевые шестерни вращаются как одно целое. В этом случае сателлиты 3 не вращаются вокруг своих осей, заклинивают полуосевые шестерни 4 и на оба ведущих колеса передаются одинаковые крутящие моменты.


Рисунок 3 — Работа дифференциала при движении автомобиля

а — по прямой; б — на повороте; 1, 4 — шестерни; 2 — корпус; 3 — сателлит; 5 — полуось

При повороте автомобиля () внутреннее по отношению к центру поворота колесо встречает большее сопротивление движению, чем наружное колеса, вращается медленнее, и вместе с ним замедляет свое вращение полуосевая шестерня внутреннего колеса. При этом сателлиты 3 начинают вращаться вокруг своих осей и ускоряют вращение полуосевой шестерни наружного колеса. В результате ведущие колеса вращаются с разными скоростями, что и необходимо при движении на повороте.

При движении автомобиля по неровной дороге ведущие колеса также встречают различные сопротивления и проходят разные пути. В соответствии с этим дифференциал обеспечивает им разную скорость вращения и качения без проскальзывания и буксования.

Одновременно с изменением скоростей вращения происходит изменение крутящего момента на ведущих колесах. При этом крутящий момент уменьшается на колесе, вращающемся с большей скоростью. Так как распределяет крутящий момент на ведущих колесах поровну, то в этом случае на колесе с меньшей скоростью вращения момент тоже уменьшается и становится равным моменту на колесе с большей скоростью вращения. В результате суммарный крутящий момент и тяговая сила на ведущих колесах падают, а тяговые свойства и проходимость автомобиля ухудшаются.

Для устранения этого недостатка применяют принудительную блокировку (выключение) дифференциала, жестко соединяя одну из полуосей с корпусом дифференциала. При заблокированном дифференциале крутящий момент, подводимый к колесу с лучшим сцеплением, увеличивается. В результате создается большая суммарная тяговая сила на обоих ведущих колесах автомобиля. При этом суммарная тяговая сила увеличивается на 20…25% во время движения в реальных дорожных условиях.

Конический симметричный дифференциал является дифференциалом малого трения, так как имеет небольшое внутреннее трение.

Трение в дифференциале повышает проходимость автомобиля, так как оно позволяет передавать больший крутящий момент на небуксующее колесо и меньший — на буксующее, что может предотвратить буксование. При этом суммарная тяговая сила на ведущих колесах достигает максимального значения.

Однако в дифференциале малого трения увеличение суммарной тяговой силы на ведущих колесах составляет всего 4…6%, что также не способствует повышению тяговых свойств и проходимости автомобиля.

Конический симметричный дифференциал малого трения прост по конструкции, имеет небольшие размеры и массу, высокие КПД и надежность. Он обеспечивает хорошие управляемость и устойчивость, уменьшает изнашивание шин и расход топлива. Этот дифференциал также называется простым дифференциалом.

Межосевой дифференциал распределяет крутящий момент между главными передачами ведущих мостов многоприводных автомобилей. Дифференциал устанавливается в раздаточной коробке или в приводе главных передач. Межосевой дифференциал исключает циркуляцию мощности в трансмиссии автомобиля, которая очень сильно нагружает трансмиссию, особенно при движении по ровной дороге. В качестве межосевых на автомобилях применяются и конические, и цилиндрически дифференциалы.

Межосевой дифференциал

Так, любая раздатка имеет ряд обязательных элементов, включая ведущий вал, понижающую передачу и приводной вал для каждой оси. Кроме того, здесь устанавливается межосевой дифференциал с блокировкой. Тяговое усилие к «раздатке» транслируется при помощи ведущего вала. Межосевой дифференциал необходим в целях распределения тяги между осями в нужной пропорции, что предоставляет возможность вращения колес с индивидуальными показателями угловых скоростей.

Стоит отметить, что межосевые дифференциалы отличаются по примененной конструкции. Эти узлы делят на симметричные или несимметричные. Дифференциал первой разновидности делит тягу мотора по осям в одинаковой пропорции, вторая разновидность устройства позволяет направлять тягу в заранее заданном соотношении. В системах, где полный привод подключается в ручную или при помощи автоматики, дифференциал не используют.

Повышение эффективности полноприводной трансмиссии происходит благодаря установке блокировке межосевого дифференциала. Блокировкой называют как частичное, так и полное отключение дифференциала, ввиду чего происходит жесткое соединение обеих колесных осей между собой. При этом, блокировка подключается вручную или при помощи автоматики. К современным устройствам, устанавливаемым в целях блокирования межосевого дифференциала, относят вискомуфты, многодисковые муфты, а также дифференциал «Torsen».

Устройство и схема работы дифференциала на примере свободного дифференциала

Самым простым устройством на базе планетарного редуктора является свободный дифференциал. Рассмотрим вкратце принцип его действия. Вращение от двигателя передаётся на механизм шестернёй главной передачи. Зубья жёстко передают движение на ведомую шестерню большого размера, находящуюся в корпусе дифференциала.

На ведомой шестерёнке закреплены два конических сателлита с двумя степенями свободы: они вращаются вместе с ведомой шестернёй, и одновременно могут вращаться вдоль своей оси. Когда автомобиль едет прямо, сателлит бежит по большому кругу и передаёт одинаковое вращательное движение на обе полуоси. Как только машина поворачивает, сателлиты совершают вращательные движения вокруг своей оси, и скорость вращения полуосей изменяется. В результате одно из колёс движется медленнее, а другое, описывающее больший поворотный радиус, быстрее.

Использование знака дифференциала

  • Знак дифференциала используется в выражении для интеграла ∫f(x)dx{\displaystyle \int f(x)\,dx}. При этом иногда (и не вполне корректно) дифференциал dx{\displaystyle dx} вводится как часть определения интеграла[источник не указан 229 дней].
  • Также знак дифференциала используется в обозначении Лейбница для производной f′(x)=dfdx(x){\displaystyle f'(x_{0})={\frac {df}{dx}}(x_{0})}. Это обозначение мотивировано тем, что для дифференциалов функции f{\displaystyle f} и тождественной функции x{\displaystyle x} верно соотношение
    dxf=f′(x)⋅dxx.{\displaystyle d_{x_{0}}f=f'(x_{0}){\cdot }d_{x_{0}}x.}

С этим читают