Що таке диференціал і як він працює

Конструкція сучасного автомобіля досить складна, навіть якщо мова йде про самих бюджетних моделях, оснащених обмеженою кількістю різного обладнання і систем.

Але одним з невід’ємних елементів більшості транспортних засобів виступає диференціал (ДФЦ). Він необхідний в машині для забезпечення різних оборотів при обертанні коліс. При цьому не всі розуміють, навіщо це потрібно на автомобілі, хто відповідає за такі функції і як працює диференціал.

Акція: Розпродаж нових авто 2018-2019 року випуску
У Московському Автомобільному Домі

Lada Vesta
від 434 900 руб
Детальніше

Hyundai Solaris
від 550 000 руб
Детальніше

Kia Rio
від 574 900 руб
Детальніше
Акція: Розпродаж нових авто 2018-2019 року випуску
У Московському Автомобільному Домі

Renault Duster
від 474 000 руб
Детальніше

Hyundai Creta
від 767 000 руб
Детальніше

Toyota RAV4
від 1 406 000 руб
Детальніше

Якщо говорити коротко, то диференціалом називають елемент або механізм трансмісії автомобіля, який призначений для перерозподілу крутного моменту, що підводиться до нього. Саме це і надає колесам різну кутову швидкість у міру необхідності. Але цей компонент вимагає більш детального вивчення.

Навіщо він потрібен

Для початку потрібно розібратися, що ж таке диференціали в автомобілях. Не всі знають, але в машинах колеса обертаються з кілька різною швидкістю. Це найбільш стає помітним при вході в повороти. При такому маневрі кожне колесо долає різну відстань. Причому внутрішні шини проходять меншу дистанцію, ніж зовнішні.

Це викликає необхідність колесам, які долають меншу дистанцію, проїхати однакову відстань з зовнішніми колесами, але при меншій швидкості. Тобто, коли автомобіль повертає вліво, саме ліві шини крутяться повільніше, а праві швидше. І навпаки.

Не варто забувати і про різницю в подоланої дистанції між передніми і задніми колесами.

Якщо це машина з монопріводом (передній або задній), тут особливої ??ролі не грає різниця швидкості обертання між передніми і задніми покришками. Вони не пов’язані один з одним і здійснюють своє обертання незалежно.

Але при цьому провідні колеса завжди між собою пов’язані. Їх обертання задає двигун і трансмісія. Причому їм потрібно приводити в рух обидва колеса, але щоб їх швидкість обертання була різною. І тут виникає закономірне питання щодо того, як це можливо, якщо двигун тільки один. Саме тут стає ясно, навіщо машині потрібен цей диференціал. Щоб обидва ведучі колеса могли обертатися з різною швидкістю.

При відсутності ДФЦ навіть поворот під невеликим кутом ставав би цілою проблемою, оскільки обидва колеса оберталися б з однаковою швидкістю. Під час маневру одне з них линула або буксувало. Постійні повороти в такому режимі швидко виводять з ладу автомобільну вісь.

Як ви розумієте, диференціал дійсно виконує дуже важливу задачу, оскільки забезпечує можливість комфортно і безпечно пересуватися по дорогах, легко входити в повороти і здійснювати розвороти на обмеженому просторі.

нюанси застосування

ДФЦ необхідні для забезпечення передачі крутного моменту на ведучі колеса і провідні мости. Якщо говорити стосовно до вантажного та легкового транспорту, то тут переважна більшість автомобілів, незалежно від типу приводу, використовують міжколісний тип диференціалів. Він потрібен для передачі необхідного обертання коліс.

Також існує поняття міжосьового ДФЦ, який відповідає за розподіл моменту між мостами. Така конструкція використовується тільки на машинах з повним приводом.

Залежно від використовуваної зубчастої передачі, розрізняють черв’ячні, конічні і циліндричні механізми. А якщо відштовхуватися від кількості зубців на шестернях піввісь, то розподіл йде на несиметричні і симетричні.

У випадку з мостами машин на повному приводі, оптимальним вибором вважається несиметричний тип з циліндричної передачею. Це пояснюється здатністю такої системи розподіляти момент пропорційно.

Для транспортних засобів, що мають задній і повний привід, прийнято використовувати конічні симетричні ДФЦ. Але фахівці зазначають, що найбільш універсальним варіантом є саме черв’ячний варіант. Він підходить для всіх пристроїв і для всіх видів приводу.

Схема роботи

Для чіткого розуміння суті слід зрозуміти, як працює на автомобілях диференціал.

Оскільки найактуальнішим варіантом для легкових автомобілів виступає саме конічний міжколісний ДФЦ, принцип роботи системи варто розглянути на його прикладі. Це дозволить зрозуміти, як влаштований і як функціонує автомобільний диференціал в різних експлуатаційних умовах:

  • при прямолінійній русі;
  • в повороті;
  • при пробуксовці.

Кожну ситуацію варто розглянути окремо.

  1. Прямолінійний рух. Коли авто рухається прямолінійно, навантаження між колесами розподіляються рівномірно. Вони рухаються з однаковими показниками кутової швидкості. Розташовані в корпусі ДФЦ сателіти не здійснюють обертання навколо своєї осі. Крутний момент передається на півосі з допомогою нерухомого зубчастого зачеплення від відомої шестерні головної передачі.
  2. Поворот. Тут мова йде вже про дещо іншому принципі роботи автомобільного диференціала. У цій ситуації відбувається розподіл навантажень і сил опору певним чином. У внутрішніх коліс з меншим радіусом повороту впливає опір має більшу силу в порівнянні з зовнішніми колесами. Оскільки навантаження зростає, це змушує знижувати їх швидкість обертання. При цьому зовнішнє колесо переміщується по більшому радіусу, а тому кутова швидкість збільшується. Це необхідно для плавного повороту без явних пробуксовок. Тобто ДФЦ задає колесам різну кутову швидкість. Коли піввісь внутрішнього колеса обертається з меншою швидкістю, це змушує рухатися сателіти. Вони за допомогою конічної передачі підвищують швидкість обертання вже зовнішньої покришки. При цьому крутний момент, який йде з боку головної передачі, не змінюється.
  3. Пробуксовка. Навіть якщо автомобіль рухається прямолінійно, але в умовах бездоріжжя або слизьку дорогу, з’являються різні навантаження, включаючи пробуксовки. Коли буксує одне колесо, воно втрачає зчеплення з поверхнею дорожнього полотна. Паралельно друге колесо навантажується сильніше і його швидкість обертання знижується. Це нагадує поворот по схемі руху. Тільки в цій ситуації машині завдається шкода, оскільки пробуксовує колесо потенційно може взяти на себе весь крутний момент від диференціала, а навантажене припинить своє обертання. Це змусить машину зупинитися. Щоб вирішити таку проблему, використовуються системи курсової стійкості, а також автоматична і ручна блокування міжосьових диференціалів, що актуально для позашляхових авто.

Питання блокування взагалі заслуговує на окрему увагу, оскільки без неї можуть виявлятися всілякі недоліки класичної конструкції ДФЦ.

Навіщо потрібна блокування

Зіткнувшись з ситуаціями, коли в роботу включаються сателіти диференціала, після нормалізації стану машини необхідно повернути все в початковий стан, тобто колесам знову потрібен однаковий крутний момент. А для цього потрібно заблокувати сателіти, або ж передати момент на навантажену колісну вісь.

Особливо це важливо для автомобілів, які характеризуються підвищеною прохідністю і призначені для бездоріжжя. Тобто мова йде про повнопривідних транспортних засобах. І справа не тільки в самому бездоріжжі.

Подібні авто відрізняються тим, що у них в конструкції передбачено відразу 3 ДФЦ. Два з них міжколісному, а ще один міжосьового типу. Якщо машина втрачає зчеплення з поверхнею хоча б одним колесом, крутний момент на всіх інших колесах почне прагнути до нуля. І тоді ситуація обернеться тим, що авто їхати не зможе. Це до питання тому, що таке блокування для диференціала на автомобілі і що дає наявність даної системи.

Щоб запобігти подібні неприємні ситуації, існує так звана блокування диференціала. Вона буває частковою та повною, а також ділиться на автоматичну і ручну.

Чудово себе показали самоблокувалися ДФЦ. Їх особливість полягає в розподілі крутного моменту на основі аналізу різниці значень на півосях, або ж на підставі з параметрів кутової швидкості кожного з коліс.

Найскладнішою з позиції реалізації вважається електронне блокування. Вона працює в тандемі з системою курсової стійкості, і вони тісно взаємопов’язані між собою. Спеціальний датчик відповідає за контроль параметрів, коли автомобіль рухається. Отримуючи інформацію від контролерів, система змінює роботу машини в автоматичному режимі. Водієві нічого для цього робити не доводиться.

Класифікація ДФЦ за способом блокування

Незважаючи на всі свої об’єктивні переваги, вільний диференціал характеризується одним істотним недоліком. Коли одне з коліс починає буксувати, сателіт при цьому прокручується і передає повний імпульс обертання на буксуючу покришку. Це змушує колесо обертається з великою швидкістю. Але проблема в тому, що сусідня шина, яка твердо стоїть на землі, не обертається. Подібний процес вкрай небезпечний під час пересування на високих швидкостях.

Чи не складно уявити, як на дорозі утворюється ділянка, який нерівномірно покрився шаром льоду. Якщо проїхати по такому ділянці на авто з вільним диференціалом, що не має блокування, це загрожує найнебезпечнішим некерованим занесенням.

Щоб запобігти подібним небезпечні ситуації, диференціали почали в обов’язковому порядку доповнювати системами блокувань.

При цьому існує кілька варіантів блокування диференціалів, кожен з яких має свій принцип роботи блокуючих механізмів. Розглядають такі методи:

  • з ручним блокуванням;
  • самоблокувалися;
  • з електронним управлінням.

Все це дозволяє вирішити проблему запобігання пробуксовки. Суть всіх систем полягає в тому, щоб тимчасово зупинити один з елементів механізму. Реалізувати це можна шляхом блокування одного колеса, піввісь, ДФЦ або всього двигуна.

Залежно від способу реалізації, прийнято розглядати 3 блокування.

Ручна

Автомобілі з примусовою ручним блокуванням диференціалу зустрічаються досить часто, незважаючи на наявність більш сучасних і вдосконалених систем.

Ручна блокування вважається найпростішою, оскільки для її відключення потрібно безпосередню участь самого водія.

Для реалізації цієї функції в транспортному засобі встановлюють спеціальні кнопки або важелі, розташовані безпосередньо в салоні на певній відстані від водія, щоб той мав можливість легко дотягнутися до органу управління.

Використовуючи цей важіль або кнопку, автомобілі блокує обертання сателіта уздовж своєї осі. В результаті планетарна передача стає стандартною звичайної муфтою.

Такі процедури перемикання слід виконувати тільки тоді, коли автомобіль повністю зупинився, а педаль зчеплення була вичавлені до упору.

Досвідчені водії настійно радять застосовувати блокування тільки тоді, коли автомобіль рухається на невеликій швидкості, долаючи складні ділянки бездоріжжя. Якщо ДФЦ відключити, управління практично пропадає, і машина буде прагнути рухатися прямолінійно.

З огляду на всі ці нюанси, можна з упевненістю сказати, що управління ручним блокуванням вимагає обов’язкової наявності певних навичок і майстерності від водія. Ручна блокування реалізована на досить популярних позашляховиках, які оснащуються жорстким типом рами.

самоблокировки

Самоблокувалися ДФЦ стали наступним кроком в удосконаленні цього механізму. Система чудово підходить для повнопривідних авто, але ось щодо того, чи потрібна така блокування диференціала в разі переднього приводу, виникає багато питань.

Якщо говорити стосовно до повнопривідних авто, то самоблокировки тут проявляється себе дуже гідно. Вона була розроблена з метою збільшення прохідності з паралельним спрощенням самого управління транспортним засобом. Все ж ручна блокування, при всіх своїх перевагах, в експлуатації не особливо зручна.

Можна виділити 2 основні системи самоблокирующихся ДФЦ.

  1. Speed ??Sensitive. Подібні диференціали включаються в роботу, коли піввісь починають здійснювати своє обертання при різних показниках кутової швидкості. Частина конструкції монтується на чашці ДФЦ, а друга розташовується на півосі. При нормальному русі робочі елементи муфти здійснюють незалежний рух, що не змінює обертатися полуосям. Якщо ж кутова швидкість одного колеса перевершує швидкість іншого, вискомуфта активізується, що дозволяє автоматично пригальмовувати. Коли швидкість знижується, падає і сила тертя, через що вузли знову опиняються незалежними. Ці системи актуальні для тих, хто не збирається підкорювати складне бездоріжжя, але хоче бути впевненим у безпеці під час руху по грунтовці або просто в міських умовах.
  2. Torque. Вважається більш сучасною і високоефективною системою. Ці ДФЦ включаються в роботу, коли падає швидкість обертання однієї з наявних піввісь. Вузол здатний контролювати параметри швидкості обертання, а також знижувати їх повністю в автоматичному режимі. Конструкція представлена ??у вигляді звичайного вільного диференціала, доповненого фрикційними пружними гасителями швидкості. Вони розташовуються між чашкою ДФЦ і півосями. Дія грунтується на гіподіной передачі, здатної розблокуватися мимовільно.

Досить поширений варіант системи, який додатково ділиться на 3 підвиди. Їх позначають як Т1, Т2 і Т3.

електронне урядування

Важливо розуміти, що механічне блокування не є єдиною розробкою для сучасних автомобілів. Не тільки вона дозволяє покращити прохідність транспортних засобів, а також підвищити якість контролю за поведінкою машини на дорозі в різних умовах.

Наочним прикладом гідної альтернативи виступає система, де трансмісія управляється спеціальною електронікою. Мова йде про так званому трекшн-контролю. Це схема, в якій реалізований контроль тяги і зчеплення автомобільних коліс. Основою трекшн виступає досить простий принцип. Система стежить і коригує частоту обертання коліс, використовуючи для цього спеціальні датчики-контролери.

Коли колесо починає пробуксовку, паралельно включається гальмо і крутний момент переходити на іншу піввісь. Спочатку може здатися, що в такій ситуації поведінка машини буде аналогічно ситуації, коли блокується диференціал. Насправді системи з електронним управлінням виявилися помітно ефективніше механічних блокувань. Плюс вони простіше в конструктивному плані і мають поліпшену надійністю.

Цікавою особливістю трекшн-контролю є те, що він не створює додаткові перешкоди в роботі диференціала. Навпаки, система дуже вдало доповнює його.

Цим обумовлений той факт, що сучасні позашляховики почали активно оснащувати ДФЦ з електронним управлінням. Ця система називається Traction Control.

Підводячи підсумки, можна сказати, що диференціали створені для підвищення рівня безпеки та комфорту під час руху і маневрування по трасах. Всі недоліки, які пов’язують з диференціалами, відносяться до їх використання в режимі екстрених умов і бездоріжжя. І цю проблему також вдалося вирішити за допомогою різних систем блокувань.

Диференціали називають простими, але в той же час неймовірно важливими компонентами трансмісії. І це більш ніж справедлива характеристика для цих вузлів.

Ссылка на основную публикацию