Автомобильные Дифференциалы, всё о них.

Зададимся вопросом что такое дифференциал?

Любая энциклопедия выдаст нам ответ что:

Дифференциа?л — это механическое устройство, которое передает вращение с одного источника на два независимых потребителя таким образом, что угловые скорости вращения источника и обоих потребителей могут быть разными относительно друг друга и их соотношение может быть непостоянным.

То есть его назначение состоит в следующем:

  • Позволяет колёсам вращаться с разными угловыми скоростями (из-за этого дифференциал и получил своё название).
  • Передаёт крутящий момент от двигателя на ведущие колёса.
  • Служит дополнительной понижающей передачей

Обычный «классический» дифференциал

Классические автомобильные дифференциалы основаны на планетарной передаче Карданный вал 1 через коническую зубчатую передачу передает вращение на редуктор 2. Редуктор через независимые друг от друга шестерни 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. В переднеприводных автомобилях семейства ВАЗ таких как ВАЗ 2108—2112 и т.д. применён дифференциал объединённый с Главной передачей.
1

Спешу рассеять распространённое заблуждение о том что обычный (свободный) дифференциал направляет весь крутящий момент на одно колесо в случае когда одно из колёс находится на льду или в воздухе, крутиться будет именно это колесо (при этом второе колесо, стоящее на твёрдой земле, неподвижно). Это не так — дифференциал делит усилие (крутящий момент от двигателя) поровну между колёсами, а величина этого усилия зависит от сцепления колёс с дорогой. Если одно из колёс находится на льду (а ещё лучше в воздухе, для наглядности примера), то оно не может передать НИЧЕГО! Во что ему упереться? Следовательно и на противоположном колесе тяговое усилие будет равно нулю — машина никуда ехать не будет.

Запомните дифференциал всегда делит момент между колёсами в пропорции 50/50.

 

Дифференциал автомобиля ВАЗ 2108
2

  1. – Ведущая шестерня привода спидометра
  2. – Сателлит
  3. – Полуосевая шестерня
  4. – Ведомая шестерня главной передачи
  5. – Ось сателлитов
  6. – Корпус дифференциала
  7. – Подшипник дифференциала

Способы решения проблемы буксующего колеса или блокировка дифференциала.

 

Дифференциалы самоблокируемые, делятся на два класса:

1. — блокирующиеся от разности скоростей, ведущих колёс машины.

2. — блокирующиеся от прилагаемого к ведущим колесам, момента силы.

 

 

Ручная блокировка дифференциала
3

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 этого 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

5

Этот тип дифференциала (как, впрочем, и вязкостная муфта) основан на том, что на прямой полуоси вращаются синхронно с ротором, но в повороте появляется разница в угловых скоростях.

Между ротором 2 и полуосью 4 сделан фрикцион (в зависимости от конструкции, фрикцион может быть на одной полуоси или на двух; на ходовые качества это не влияет). Когда автомобиль движется по прямой, ротор и полуось вращаются с одной и той же скоростью, и трения нет. Чем больше разность в скорости полуосей, тем выше сила трения.

Наиболее эффективный вид дифференциала, он требует периодического обслуживания и поэтому никогда не устанавливается на серийные машины (только на спортивные и тюнинговые).

Вискостная муфта

4

Упрощённый вариант фрикционного дифференциала. На одной из полуосей имеется резервуар, заполненный вязкой 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 вискостная муфта довольно инерционна и отказывается работать на полном бездорожье. Хороших ходовых качеств вязкостная муфта не обеспечивает, и применяется только в «паркетниках» (внедорожниках, 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 вискостной муфтой на одной из полуосей.

Кулачковый/зубчатый самоблокирующийся дифференциал

10
11

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 высокая 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

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.

Гипоидные самоблокирующиеся дифференциалы

8

Существует три типа таких дифференциалов. Все они основаны на свойстве гипоидной зубчатой или червячной передачи «заклинивать» при определённом соотношении крутящих моментов. Такие дифференциалы передают бо?льшую часть крутящего момента (до 80 %) небуксующему колесу.

Есть ещё два типа дифференциалов, основанных на этом же свойстве: дифференциал типа Torsen Quaife и планетарный дифференциал.

Применяются во внедорожниках и гоночных автомобилях. Недостатки: сложность; бо?льшая потеря мощности, чем у обычного дифференциала.

Дифференциал Torsen

7
6
9

Дифференциал типа Torsen изобретён в 1958 г. американцем Верноном Глизманом. Имеет достоинства вязкостной муфты и не имеет её недостатков. Название Torsen произошло от англ. Torque sensitive («чувствительный к крутящему моменту»). Torsen — товарный знак JTEKT Torsen North America Inc.

Конструкция дифференциала Торсен основана на червячных шестернях, вращающихся на различных осях. Каждая боковая шестерня является червячной шестерней с шлицевым соединением с выходными чашками. Внутри находится 2 или 3 набора планетарных червячных шестерен (называемых элементными шестернями), перпендикулярных к оси боковых шестерен. Каждый набор состоит из 2-х червячных шестерен, соединенных между собой посредством ведомых шестерен, и зацепленных с боковыми шестернями. Таким образом, две боковые шестерни соединены между собой посредством элементных червячных шестерен.

При изменении сцепления на колесе, давление между элементными шестернями и боковыми шестернями изменяется, вызывая контрвращение элементной пары, смещая вращающий момент на другую сторону. 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.

ДАК Дифференциал Автоматический Красникова
13
14

Дифференциал блокируется от прилагаемого  момента силы на ведущие колёса, а не от разности их вращения. Это позволяет «ДАК» устойчиво и  мягко работать во всём диапазоне скоростей движения автомобиля.    Принцип взаимодействия замкнутых шариковых цепочек с полуосевыми шнековыми элементами, позволяет применять это устройство в любых известных колёсных транспортных средствах с максимальной эффективностью. Он сохраняет рабочие функции обычного «классического» дифференциала, но лишён его главного недостатка, буксования. Габариты ДАК не отличаются от размеров «классического» дифференциала, взаимозамена их проста. На сегодняшний день пока нет более прочной и простой  работающей конструкции, выполняющей весь комплекс задач по передачи мощности на ведущие колёса автомобиля.

• Механизм представляет собой симметричный, механический дифференциал с автоматической блокировкой.
• Дифференциал не содержит электронных, пневматических, гидравлических и других компонентов управления.
• Чисто механическая система деталей, не требует регулировки, настройки или наладки.
• Система смазки стандартная, как у классического дифференциала.
• Габариты и вес устройства аналогичен классическому дифференциалу.
• Количество основных деталей, 6 шт.
• Монтаж автоматического дифференциала на автомобиль не отличается от монтажа классического дифференциала.

• Автоматический дифференциал предназначен для работы в трансмиссиях любых колёсных транспортных средств, на различных дорогах и бездорожье, во всёх диапазонах скоростей и нагрузок.

ТУТ ИЗОБРАЖЕНИЕ 1212

1. Фланец шестерни главной передачи.
2. Корпус дифференциала.
3. Полуоси транспортного средства.
4. Полуосевые элементы.
5. Канал для прохождения шариков.
6. Тела качения – шарики.

«ДАК» — состоит из корпуса 2, с расположенными в центре двумя цилиндрическими полуосевыми элементами 4 торцами  соприкасающимися друг с другом. На поверхностях полуосевых элементов выполнена винтовая резьба, на одном правого, на другом левого направления вращения. В корпусе 2 продольно оси его вращения выполнены два параллельных  отверстия 5 близко расположенные друг к другу, равные диаметру применяемого шарика. Концы этих отверстий, соединены между собой, образуют замкнутый канал овальной формы, который заполняется  шариками 6 одного диаметра.

Замкнутая цепочка из шариков 6, если убрать полуосевые элементы 4, может перемещаться в овальном канале  5 совершенно свободно, без помех.

Цепочка шариков в канале представляет собой как бы шестерню овальной формы, зубьями которой  являются шарики.

Одна длинная ветвь овального канала 5 расположена ближе к оси вращения полуосевых элементов 4 и вскрыта вдоль для погружения частей шариков в винтовые канавки резьбы полуосевых элементов. В каждый виток  резьбы, заглублено по одному  шарику цепочки, соединяя цепочкой шариков оба полуосевых  элемента  в единую кинематическую схему.

Если мы станем поворачивать полуосевые элементы 4 в противоположные стороны, то цепочка шариков 6 придёт в движение, разрешая полуосевым элементам 4 легко и свободно поворачиваться. В этом случае «ДАК» работает как обычный дифференциал.

Вращая корпус устройства 2, мы передаём мощность, через цепочку шариков 6 на винтовые канавки полуосевых элементов 4, а они, через полуоси 3, на колёса транспортного средства.

При прямолинейном движении автомобиля полуосевые элементы неподвижны. Неподвижны и цепочки шариков их соединяющие. Оба ведущих колеса вращаются с одинаковой  скоростью.

В повороте наружное колесо увеличивает свои обороты относительно внутреннего колеса. Полуосевой элемент начинает вращаться, воздействуя на  цепочки шариков своими винтовыми канавками. Цепочка шариков плавно сдвигается в овальном канале, позволяя другому полуосевому элементу, имеющему винтовые канавки противоположного направления вращения, вращаться в противоположную сторону, уменьшая обороты внутреннего колеса в той же пропорции, в которой увеличиваются обороты наружного. Таким образом,  выполняется поворот автомобиля.

В случае, когда одно из колёс попадает на скользкий участок, обычный, «классический» дифференциал позволяет колесу с наименьшей тягой увеличивать свои обороты, т.е. буксовать, юзить и т.д. С дифференциалом «ДАК» этого не происходит. Так как в этом случае полуосевой элемент буксующего колеса начинает вращаться. Его вращение, неизбежно вызывает вращение соединённого с ним цепочками шариков противоположного полуосевого элемента, который мгновенно довернёт другое колесо и вытолкнув машину, не даст ей буксовать. То есть проходимость, устойчивость и вездеходность автомобиля  существенно увеличивается.

В заключении статьи хочу отметить что использование блокировки дифференциала является уделом не только людей занимающихся автоспортом но и тех кто хочет улучшить проходимость и удобство своего автомобиля.

Михаил Шевченко

Для написания статьи использованы материалы:

http://ru.wikipedia.org/

http://www.dak4x4.com/

Автомобильные дифференциалы, всё о них
Login