Для чего в автомобиле нужен дифференциал и как он работает

Вопросы обслуживания, ремонта и замены межосевого дифференциала

Межосевой дифференциал в процессе эксплуатации автомобиля испытывает значительные нагрузки, поэтому со временем его детали изнашиваются и могут разрушаться. С целью обеспечения нормальной работы трансмиссии данный агрегат необходимо регулярно проверять, обслуживать и ремонтировать. Обычно при регламентном ТО дифференциал разбирается и подвергается дефектовке, все изношенные детали (шестерни с изношенными или выкрошенными зубами, сальники, подшипники, детали с трещинами и т.д.) заменяются на новые. При серьезных повреждениях механизм меняется полностью. Для продления ресурса дифференциала необходимо регулярно выполнять замену масла в нем, прочищать сапуны, проверять работу привода механизма блокировки. Все указанные работы выполняются в соответствии с инструкцией по ТО и ремонту транспортного средства.

При регулярном обслуживании и грамотной эксплуатации межосевого дифференциала автомобиль будет уверенно чувствовать себя даже в самой сложной дорожной обстановке. Источник

Классификация

В целом, конструктивных исполнений раздаток – множество, поэтому и используется классификация их. Она разделяет все существующие виды раздаточных коробок по таким критериям как:

• Способ распределения мощности;
• Число передач;
• Тип механизма управления;
• Расположение валов.

Распределение мощности

Способ распределения мощности – один из основных критериев, по которым разделяются раздатки. Он характеризует, как именно осуществляется передача вращения между осями.

По этой классификации коробки делятся на обеспечивающие:

• Постоянный привод на обе оси без возможности отключения какого-либо мостов;
• Возможность отключения переднего или заднего моста (он в этой компоновке трансмиссии является вспомогательным);
• «Равноправное» отключение. Такая раздатка позволяет отключать любой из мостов (позволяет на авто сделать любой тип привода – передний, задний, полный).

Трансмиссия с постоянным приводом используется как на легковых авто, так и некоторых внедорожниках. В раздатке таких трансмиссий отсутствует механизм управления, и ведущими являются постоянно все колеса.

Отметим, что в современных конструкциях раздаток полноприводных трансмиссий дифференциал не используется, вместо него устанавливаются разного рода муфты (электромеханические, фрикционные, магнитные). Их особенность заключается в том, что они могут обеспечивать меняющееся соотношение распределения вращения. Управление этими муфтами осуществляется электроникой, что позволяет системе привода быстро реагировать на дорожные условия и направлять больший момент на требуемую ось.

Раздаточные коробки с отключаемым одним из мостов – самая распространенная компоновка для кроссоверов. Ее особенность заключается в том, что водитель самостоятельно решает, когда нужен полный привод. В такой конструкции также нередко используются муфты в качестве межосевого дифференциала. Управление коробкой может быть, как полностью механическим, так и электроприводным.

Схема видов полного привода

«Равноправное» отключение мостов встречается нечасто. Обусловлено это более сложной конструкцией самой коробки.

Количество ступеней

По количеству передач существующие типы коробок передач делятся на одно-, двух- и трехступенчатые. На легковых автомобилях и кроссоверах обычно используется одноступенчатая передача. Это означает, что передаточное число раздаточной коробки равно 1, то есть она его не изменяет и на колеса передается тот момент, который задан КПП.

На внедорожниках же часто встречается двухступенчатая раздатка. В ней имеется две передачи, у которых передаточное число равно 1 и 2. Нередко такую коробку еще называют «раздаткой с делителем». Наличие двух передач позволяет при надобности на этом узле изменить передаточное число, повысив тяговое усилие на колесах. Но при этом автомобиль движется вдвое медленнее. В обычной коробке это делается всего лишь наличием дополнительной пары шестерен.

Трехступенчатые раздаточные коробки на автотранспорте обычно не встречаются, их используют на спец. технике.

Механизм управления

Что касается типа механизма управления, то он бывает ручным, полуавтоматическим и полностью автоматическим. Первый вариант – самый надежный, поскольку в конструкции отсутствует какая-либо электроника. В такой раздаточной коробке водитель самостоятельно, при помощи системы рычагов вводит в зацепление шестерни, включая дополнительный мост.

В полуавтоматическом механизме задействование дополнительного моста осуществляется механизмом управления с электронным приводом. То есть, включение и выключение дополнительного моста проходит без участия водителя. Но такая система управления позволяет и самому водителю включать полный привод.

Ручной и полуавтоматический механизм управления раздаткой

Автоматическое же управление подразумевает, что работу раздаточной коробки полностью контролирует электроника. Она на основе показаний датчиков определяет момент, когда нужен полный привод и задействует его.

Положение валов

Последний критерий, по которым делятся раздаточные коробки – положение валов. Оно бывает соосным и несоосным. Первый вариант указывает на то, что ведомый и вал привода переднего моста расположены на одной оси. Ведущий же вал располагается параллельно им.

В несоосной конструкции на одной оси располагаются ведущий и ведомый валы, а вал переднего моста установлен параллельно.

100% полная блокировка

При таком типе блокировки дифференциал фактически перестает выполнять свои функции и становится простой муфтой, которая прочно соединяет оси и валы и передает крутящий момент на них с одинаковой угловой скоростью. Чтобы полностью заблокировать дифференциал, достаточно либо заблокировать возможность вращения осей, либо соединить чашку дифференциала с одной из осей. Этот тип блокировки осуществляется с помощью электрического, пневматического или гидравлического механизма и управляется вручную водителем.

Однако полная блокировка не рекомендуется, поскольку двигатель автомобиля не только сильно загружен, но и трансмиссия, коробка передач и шины, которые изнашиваются очень быстро, также страдают от тяжелых нагрузок.

Как работает коробка и нужна ли она?

Как работает?

Для начала разберёмся, как работает раздаточная коробка. Принцип работы раздаточной коробки заключается в том, что дифференциалы, которые бывают двух типов (симметричные и несимметричные) делят крутящий момент на оси. Первый вид механизма распределяет крутящий момент поровну, а второй — не поровну, в зависимости от заданных показателей. Так или иначе, благодаря этому прибору приводные валы могут работать с разной скоростью, что увеличивает манёвренность и устойчивость машины при повороте и при езде по бездорожью.

Принцип действия раздатки:

Также под дифференциалом может быть установлен блокиратор. Это устройство помогает заблокировать дифференциал, распределяющий крутящий момент. После такой блокировки колёса будут вращаться строго с одинаковой скоростью. Управлять этой функцией можно самостоятельно из салона автомобиля либо можно настроить автоматическую блокировку. Такая функция востребована на тех машинах, которым приходится ездить, например, по длинным полям.

У раздаточной коробки существует несколько режимов работы. Она может функционировать:

• при двух активных мостах и блокировке дифференциала, которая осуществляется в автоматическом режиме;
• при двух активных мостах, но на понижающей передаче с условием перманентной блокировки дифференциала;
• при двух работающих мостах и с условием перманентной блокировки дифференциала;
• при двух работающих мостах;
• при условии работы только заднего моста.

Если коробка не работает

Неисправности раздаточной коробки бывают разными. Однако существует несколько наиболее часто встречающихся недугов прибора:

• Сложно включаются передачи. Если у вас наблюдается такая проблема, проверьте штоки и вилки прибора. Они могли износиться в результате долгой эксплуатации. Если это так, следует заменить их как можно скорее. Также причиной могут стать задиры, образовавшиеся на зубчатых колёсах. Если ни одна из указанных причин не касается вас, остаётся лишь проверить фиксаторы. Возможно, указанная проблема вызвана их расхлябанностью.
• Передачи автоматически выключаются на ходу. Скорее всего, необходимо заменить шестерни. Их зубья наверняка уже успели износиться. Если шестерни в порядке, проверьте целостность креплений вилок. Они могут соскакивать.
• Коробка ужасно шумит. Для начала вспомните, какие смазывающие вещества вы используете? Возможно, их вязкости недостаточно и нужно подобрать что-то более густое. Зубчатые колёса могли прийти в негодность. Тогда их нужно заменить. Эта же причина может быть вызвана проблемами при работе сцепления или стиранием подшипников.
• Вытекает масло из РК. Если вы определили, что масло течёт именно из неё — просто купите новые прокладки и попросите мастера их установить.

К сожалению, самостоятельно починить коробку любителю почти невозможно. Единственное, что новичок в ремонтном деле сможет сделать своими руками — произвести замену масла. Для всех остальных процедур потребуется помощь специалиста.

Нужна ли раздаточная коробка?

Как и у любого механизма, у РК есть свои преимущества и недостатки.

Начнём, пожалуй, с минусов. Точнее, с одного, но существенного минуса раздаточной коробки. Дело в том, что большинство её деталей довольно дорого стоят. Поэтому их замена обойдётся недёшево. А те детали, которые продаются по приемлемым ценам, сложны в починке, поэтому тоже могут потребовать средств от автовладельца на работу мастера.

• При работе «раздатки» во время движения автомобиля на низкой скорости крутящий момент передаётся на оси. Это увеличивает проходимость внедорожника.
• Примечательно, что при работе «раздатки» большой крутящий момент не может потеряться. Это достигается благодаря демультипликатору. Он является помощником машины в сокращении интенсивности кручения валов привода.
• Также у водителя автомобиля, оснащённого раздаточной коробкой, есть возможность самостоятельно определять число передачи.
• При езде в сложных условиях РК станет другом и помощником автомобилиста, помогая его «железному коню» эффективно преодолевать ландшафтные препятствия.
• Ну и, конечно, одно из ведущих преимуществ заключается в том, что работа раздаточной коробки продляет жизнь трансмиссии.

Но не стоит забывать, что никакая раздаточная коробка не умаляет важности мастерства водителя, решившего проехать на внедорожнике по сложным участкам. Ведь даже при управлении самым «навороченным» авто неопытность ездока может сыграть с ним злую шутку

Дифференциал как часть трансмиссии

Дифференциал в автомобиле — это механизм, распределяющий крутящий момент карданного вала трансмиссии между ведущими колесами передней или задней оси (в зависимости от типа привода), позволяя каждому из них вращаться без пробуксовки. В этом заключается основное назначение дифференциала.

Ведуший мост с дифференциалом в разрезе

При прямолинейном движении, когда колеса нагружены одинаково и имеют равную угловую скорость вращения – механизм работает в качестве передаточного звена. Если условия движения изменяются (поворот, пробуксовка) – нагрузка становится неравномерной. У полуосей появляется необходимость вращаться с разными скоростями, и, как следствие, становится необходимым распределить полученный крутящий момент между ними в определенном соотношении. Тогда узел выполняет вторую важную функцию: обеспечение безопасного маневрирования автомобиля.

Схема расположения дифференциала зависит от типа привода автомобиля:

1. Передний привод – картер коробки передач.
2. Задний привод – корпус ведущего моста.
3. Полный привод – корпусы переднего и заднего мостов (для передачи крутящего момента ведущим колесам) или раздаточная коробка (для передачи крутящего момента ведущим мостам).

Дифференциал на автомобилях появился не сразу. Конструкторы первых «самодвижущихся экипажей» были очень озадачены плохой маневренностью своих изобретений. Вращение колёс с одинаковой угловой скоростью во время прохождения поворота приводило к тому, что одно из них начинало буксовать или, наоборот, полностью теряло контакт с дорогой. Инженеры вспомнили, что на ранних прототипах первых автомобилей, снабжаемых паровыми двигателями, было устройство, позволявшее избежать потери управляемости.

Механизм распределения вращающего момента изобрёл француз Онесифор Пеккёр. В устройстве Пеккёра присутствовали валы и шестерни. Через них крутящий момент от мотора поступал к ведущим колёсам. Но даже после применения изобретения Пёккера проблема пробуксовки колёс на поворотах не решилась полностью. Выявились недостатки системы. Например, одно из колес в какой-то момент терял сцепление с дорогой. Сильнее всего это проявлялось на обледенелых участках.

Пробуксовка в таких условиях часто приводила к авариям, поэтому конструкторы надолго задумались над тем, как предотвратить занос машины. Решение было найдено Фердинандом Порше. Он стал изобретателем кулачкового механизма, который ограничивал проскальзывание колёс ведущего моста. Немецкое устройство дифференциала нашло применение в автомобилях Volkswagen.

Вопросы обслуживания, ремонта и замены межосевого дифференциала

Межосевой дифференциал в процессе эксплуатации автомобиля испытывает значительные нагрузки, поэтому со временем его детали изнашиваются и могут разрушаться. С целью обеспечения нормальной работы трансмиссии данный агрегат необходимо регулярно проверять, обслуживать и ремонтировать. Обычно при регламентном ТО дифференциал разбирается и подвергается дефектовке, все изношенные детали (шестерни с изношенными или выкрошенными зубами, сальники, подшипники, детали с трещинами и т.д.) заменяются на новые. При серьезных повреждениях механизм меняется полностью. Для продления ресурса дифференциала необходимо регулярно выполнять замену масла в нем, прочищать сапуны, проверять работу привода механизма блокировки. Все указанные работы выполняются в соответствии с инструкцией по ТО и ремонту транспортного средства.

При регулярном обслуживании и грамотной эксплуатации межосевого дифференциала автомобиль будет уверенно чувствовать себя даже в самой сложной дорожной обстановке. Источник

Устройство дифференциала автомобиля

Рассмотрим устройство дифференциала автомобиля. Все дифференциалы имеют один и тот же принцип – принцип планетарного редуктора. То есть имеют полуосевые шестерни и бегущие по ним, шестерни – сателлиты.

Корпус (чашка дифференциала) принимает крутящий момент от шестерни главной передачи, чарез оси сателлитов и сами шестерни-сателлиты и передает на полуосевые шестерни.

Сателлитов может быть два или четыре в коническом дифференциале, это зависит от мощности автомобиля.

В конических и червячных дифференциалах из ровно в два раза больше, это связано с конструктивной особенности такого типа дифференциалов. Пары сателитов распределяется каждый на свою полуосевую шестерню.

Системы блокировки дифференциала

В свою очередь, первые включаются вручную, а вторые — автоматические или как их еще называют самоблокирующиеся. Дифференциалы, оснащённые автоматической системой блокировки, разделяют на четыре подтипа: червячные, дисковые, жидкостные и управляемые электроникой.

1. Жидкостные или вискомуфта. В основе работы данной модели дифференциала лежит принцип повышения плотности отдельных материалов при нагревании, благодаря чему происходит залипание фрикционов, и скорость вращения осей при пробуксовке выравнивается. Единственный недостаток этой системы — позднее реагирование на пробуксовку, ведь для того, чтобы жидкость нагрелась до требуемой температуры и приобрела необходимую плотность нужно время. Из-за этого дифференциал данного типа применяется исключительно на автомобилях городского типа, для бездорожья он не предназначен.
2. Дисковый. Принцип работы этого механизма основывается на физических законах силы трения. Устройство дискового дифференциала несколько отличается от устройств обычных передаточных механизмов тем, что в его конструкцию встраивают пару дополнительных пакетов фрикционов и распорную пружину, которая обеспечивает сжатие пакетов. Часть пакета устанавливается на полуоси, а вторая на коробку дифференциала. При одинаковой скорости диски во фрикционном пакете вращаются, как одно целое, но когда появляется разница в скорости вращения — сила трения, которая появляется между ними, стремится выровнять скорость вращения, за счёт чего и осуществляется блокировка. Недостатки данного вида передаточных механизмов — срок службы фрикционов, он сравнительно небольшой. Плюс требуется дополнительное использование трансмиссионного масла.
3. Героторный дифференциал. В принципе, это одна из разновидностей дисковых дифференциалов, которую принято считать более совершенной. Блокировка в нём осуществляется за счёт наличия гидропоршня, который приводится в действие масляным насосом. При этом сила, с которой насос выдавливает поршень, прямо пропорционально зависит от того, насколько велика разница во вращении полуосей.
4. Дифференциал с электронным управлением. Здесь все просто. Это самый обычный дифференциал, дополненный двумя передачами, которые приводятся в действие электроникой, посредством двух приводов: гидравлическим либо электрическим. Естественно, как, и любой механизм, который контролируется с помощью компьютера, эти механизмы сцепления самые практичные, потому что степень блокировки колеса можно регулировать от 0 до 100%, в зависимости от потребностей автомобиля. Единственный недостаток данного устройства — его цена.
5. Если уж и заговорили об электронных системах блокировки дифференциала, то не упомянуть об имитации блокировок будет просто неправильно. Во-первых, для городских автомобилей — это то что надо. Во-вторых, она очень практична и не боится ни скользкой дороги, ни диагонального вывешивания, которое является проблемой для большинства других дифференциалов. Принцип работы её очень прост — при малейшем намёке на пробуксовку, электронная система автомобиля начинает подтормаживать колесо, которое буксует штатной системой торможения.
6. Червячный дифференциал. Во главу этого механизма заложены принципы червячных передач. То есть скорость вращения полуосей в данном случае зависит от угла наклонов витков червяка по отношению к червячному колесу. Чем меньше угол, тем выше скорость вращения, соответственно увеличение угла вращения сателлита по отношению к червячному колесу, приводит к уменьшению скорости колеса. При этом, когда угол вращения достигает своего максимального значения, происходит блокировка колеса, так как передача становится невозможной.

Червячный дифференциал

На последний дифференциал хотелось бы обратить чуть больше внимания, так как именно он является самым распространённым и наиболее надёжным из малобюджетных механизмов.

Виды дифференциалов

Конкретных реализаций дифференциалов много, если не говорить только о самом распространённом – коническом свободном. И классифицировать их можно по разным признакам.

Место установки

Для развязки колёс одной ведущей оси используется межколёсный дифференциал в редукторе ведущего моста. Если этот редуктор установлен в коробке передач переднеприводной машины – значит там и смонтирован дифференциал.

Некоторые машины оснащены постоянным полным приводом. Это означает, что он включён всегда. Но при этом оси могут иметь разную скорость, например, в том же повороте. И тогда в элемент трансмиссии, называемый раздаточной коробкой, внедряется межосевой дифференциал, работающий так же, как было рассмотрено в случае межколёсного.

Вид зубчатой передачи

По типу применяемых зацеплений дифференциалы подразделяются на:

• самый распространённый – конический, по форме полуосевых шестерён и сателлитов;
• цилиндрический, применяется значительно реже, но иногда по компоновочным и функциональным соображениям незаменим, напоминает планетарную передачу;
• червячный, бывает построен разными способами, чаще всего этот тип зацепления используется в самоблокирующихся дифференциалах, червячные пары могут создавать значительное внутреннее трение.

От размеров и организации зубчатых пар зависит также и симметрия дифференциала

Иногда важно отправлять на одну ось больший момент, чем на вторую. Например, в некоторых версиях 4-matic от Mercedes 65% момента идёт на заднюю ось, 35 – на переднюю

По принципу блокировки

Блокируемые дифференциалы лишены упомянутого выше главного недостатка по части проходимости и динамичного разгона при недостаточном сцеплении с дорогой.

Достигается это разными способами:

• Дисковые блокировки и их менее эффективные разновидности LSD работают по принципу поджатия пакета фрикционных дисков по мере увеличения разности в скоростях между колёсами оси, в результате часть момента всё же поступает на ту сторону, где есть зацеп;
• Червячные работают примерно так же, но несколько мягче, за счёт дополнительного проворота сателлитов червячного типа перед их упором торцами в корпус с последующей блокировкой относительного смещения полуосей, это самые распространённые типы самоблоков, различаются ориентацией сателлитов относительно оси;
• Электронной блокировкой принято называть её имитацию, когда вывешенное колесо зажимается тормозными колодками и момент перебрасывается на загруженное, чем эта схема работает эффективней, тем больше потери, перегрузки и износ тормозов, тем не менее она часто спасает легковые машины и кроссоверы в трудной ситуации;
• Вискомуфты могут выполнять роль как дифференциалов, так и их блокировок, в первом случае они включаются последовательно в линию передачи момента и могут её прерывать, а во втором – блокируют входной и выходной валы, препятствуя работе свободного дифференциала.

Самой эффективной блокировкой будет жёсткая механическая с электрическим или пневмоприводом. Именно так и сделано на лучших внедорожниках, там блокируются все три дифференциала, межосевой и два межколёсных.

Виды дифференциалов

Дифференциалы отличают по месту установки, виду зубчатой передачи и по принципу блокировки.

По месту установки

По расположению их делят на межколесные и межосевые. Межколесные устанавливаются в картере моста автомобиля и перераспределяют крутящий момент между полуосями колес. Межосевые устанавливаются в раздаточной коробке и перераспределяют крутящий момент между осями полноприводного автомобиля.

По виду зубчатой передачи

По типу конструкции и виду зубчатой передачи отличают конические, цилиндрические и червячные дифференциалы. Конические более распространены как межколесные дифференциалы, цилиндрические — как межосевые, а червячные более универсальные и используются во всех конструкциях.

По принципу блокировки

Дифференциалы могут блокироваться принудительно или автоматически. С полной принудительной блокировкой используются на внедорожниках и блокируются по команде водителя причем только во время полной остановки автомобиля. Блокирование происходит с помощью кулачковой муфты, которая может иметь разные типы привода (механический, электронный, гидравлический, пневматический).

Это помогает преодолеть особенно сложные участки покрытия. Но при выезде на покрытие с нормальным сцепление такую блокировку нужно отключать, иначе можно вывести из строя систему привода!

Дифференциалы с автоматической блокировкой называют еще самоблокирующимися и они могут иметь 4 вида конструкции.

Дисковый самоблокирующийся дифференциал

К обычной конструкции дифференциала добавлены пакеты фрикционных дисков. Одни закреплены на корпусе дифференциала, другие — на полуоси. Когда одна из полуосей начинает вращаться быстрее, это вращение замедляется силой трения между пакетами дисков. Прижимная сила фрикционов может быть как постоянной, так и регулируемой.

Червячный самоблокирующийся дифференциал

Такой тип дифференциалов блокируется благодаря свойству червячных передач заклинивать при достижении сильной разницы крутящих моментов. При этом блокировка всегда будет частичной. За такими дифференциалами закрепились названия компаний, которые их создали и выпускают — Torsen (сокращенно от Torque sensitive — чувствительные к крутящему моменту) и Quaife. Плюсы этой конструкции — в простоте и отсутствии электроники. Минусы — в дороговизне, сложности ремонта и обслуживании.

Электронно блокирующийся дифференциал

Электронная блокировка дифференциала применяется в антипробуксовочных система TCS (Traction Control System). В таком случае колесо, которое слишком быстро вращается, просто замедляется с помощью деталей тормозной системы. В результате часть крутящего момента перераспределяется на колесо с лучшим сцеплением.

Вискомуфта или вязкостная муфта

Такой дифференциал использует свойства жидкости. В конструкции используются дополнительные перфорированные диски, закрепленные на дифференциале и полуосях, но находящиеся в герметичном корпусе с силиконовой жидкостью. Когда полуось начинает вращаться с отличной скоростью, ее диски начинают перемешивать силиконовую жидкость и она становится гуще, блокируя дифференциал. Сейчас такие варианты используются редко, потому что они слишком большие, перегреваются и реагируют с опозданием.