Как работает межосевой дифференциал

Как работает блокировка дифференциала на Шевроле Нива: включение блокировки межколесного дифференциала

Все внедорожники отличаются от обычных автомобилей тем, что такие машины могут преодолевать любое препятствие на дороге, даже в том случае, когда дорога полностью отсутствует. Такую особенность эти автомобили получили из-за наличия в них полного привода, который может быть как постоянным, так и подключаемым.

Полный привод приводится в действие при помощи дифференциалов. Такой есть и у Нивы Шевроле.

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.

Как включать блокировку дифференциала на Ниве

Нива и разные ее модификации позволяют приводить в действие сразу 3 дифференциала. Благодаря этому фактору проходимость транспортного средства повышается в разы при движении машины в сельской местности. Принудительный формат блокировки включает объединение между собой колес ведущего типа, отчего они крутятся с разной скоростью. Такой подход позволяет применять максимально возможные тяговые характеристики двигателя, которые передаются на колеса.

Чтобы осуществить блокировку дифференциала на Ниве, производитель предусмотрел муфту для блокиратора. При включении принудительного блокирования колеса становятся взаимосвязанными и вращаются в одинаковом режиме. При включении блокиратора межосевого типа мосты, расположенные спереди и сзади, взаимодействуют и распределяют тягу по всем колесам. Такой механизм удобен в использовании, что подтверждает уникальная проходимость Нивы Шевроле.

Виды современных дифференциалов

• Quaife (Квайф)

Это одно из самых конструктивно простых устройств, которое составлено из планетарного редукторного механизма (в плоском исполнении) и схемы со сдвоенными сателлитами, которые при работе сцепляются между собой. Используется косозубое сцепление, которое под большой нагрузкой выдает осевые мощности и передает их на пары сателлитов. Благодаря дополнительному вращению нужного ряда сателлитов при поворотах или пробуксовке на скользкой поверхности удается достигнуть торможения одного колеса и придать энергию другому.

Дифференциал Quaife подразумевает использование сразу пяти пар сателлитов для максимальной надежности сцепления косых зубьев между собой. Это, с одной стороны, позволяет эффективно использовать механизм в самых сложных дорожных условиях. А, с другой стороны, говорит о том, что со временем будет наблюдаться обширный износ всей конструкции в целом.

Тип дифференциального механизма Quaife был запатентован еще в 1965 году. Сегодня он преимущественно используется в гоночных или спортивных автомобилях, а также некоторых моделях переднеприводных машин.

Это довольно старый вид червячного дифференциального устройства, он был изобретен еще в 1950-х годах. На сегодняшний день автопроизводители используют 3 усовершенствованных разновидности дифференциала Torsen, однако все они имеют примерно одинаковый принцип работы. Шестерни, которые расположены на ведущих полуосях, образуют так называемую червячную пару с сателлитами. При этом, что существенно, на каждой полуоси располагаются свои сателлиты, которые парами сцепляются в некоторых положениях с сателлитами другой полуоси.

При движении вперед по прямой червячные пары находятся в остановленном положении, а при движении в повороте они проворачиваются. Очередной проворот по оси обеспечивает изменение угла колеса при поворотах и разворотах. Дифференциал Torsen считается самым мощным и износостойким, он работает при максимальной нагрузке и соотношениях крутящего момента.

• Механизм с дисковой блокировкой

Этот вид дифференциального устройства состоит из симметричного планетарного редукторного механизма, который закреплен на шестеренках конической формы. Шестерни имеют две маленькие муфты той же формы и два диска. Частично диски могут цепляться за саму чашку дифференциала, а частично — соприкасаться со сцеплением, которое работает при воздействии ведомой шестеренки.

Суть блокировки дифференциала заключается в том, что при возрастании механической силы на шестерни появляются вторичные осевые мощности. Дополнительные силы стремятся разъединить стыки между шестернями. В тот момент, когда им это удается, выравнивается скорость каждого из колес в связи с тем, что угловые скорости приобретают одно и то же значение.

Дифференциал с дисковой блокировкой появился еще в конце 1930-х годов, однако после значительной модернизации используется и сегодня — обычно на внедорожниках и спорткарах.

• Дифференциал кулачкового типа

Кулачковый дифференциал может иметь 2 варианта исполнения. Первый подразумевает расположение кулачковой муфты между двумя ведомыми шестеренками. В кулачковом механизме второго типа зубчатых колес нет в принципе – водилом здесь является сепараторное кольца, а функцию сателлитов выполняют «сухари» (специальные клинья). Ведомыми шестернями в этом случае являются кулачковые диски.

Принцип конструкции кулачкового дифференциала второго типа понятен из нижеприведенной схемы, где 1 – это корпус, 2 – обойма, 3 –сухарь, 4 и 5 – полуосевые звездочки. «Сухари» могут располагаться горизонтально (рисунок а) или радиально (рисунок б)

Суть блокировки дифференциального устройства заключается в том, что как только начинает наблюдаться разница между скоростными углами, кулачковая муфта (или кулачковые диски — во втором варианте исполнения) сразу же блокируют дифференциал.

Начальные разработки такого типа механизмов появились в 1940-х годах. В легковых транспортных средствах такой тип дифференциалов сегодня практически не используется. Основная сфера применения кулачкового типа — в военном автомобилестроении.

• Вискомуфта (вязкостная муфта)

Дифференциал конструктивно имеет на одной из ведущих полуосей емкость, наполненную вязкой жидкостью. В ней находятся 2 дисковых блока, первый из которых соединен с ротором, а второй — с другой полуосевой. Соответственно, чем больше будет разница в наборе скорости между колесами, тем больше будет становиться разница и в скорости движениях блоков дисков. Из-за вращения вязкость жидкости увеличивается.

Это самая простая и в то же время бюджетная конструкция дифференциального устройства. По оценкам специалистов ГК Favorit Motors устройство преимущественно устанавливается на городские паркетники, так как в условиях бездорожья вискомуфта не может обеспечить требуемую управляемость и проходимость.

Что такое межосевой дифференциал — разбираемся вместе

• Что такое межосевой дифференциал — разбираемся вместе
• Конструкция межосевого дифференциала
• Принцип работы межосевого дифференциала
• Предназначение межосевого дифференциала
• Режимы работы межосевого дифференциала

Дифференциал – устройство, управляющее распределением вращательного момента между входным и выходными валами. Хотя скорость отдельных элементов может разниться. Данный механизм успешно применяется в автомобилестроении и широко применим в нём. Различие дифференциалов проявляется в месте их установки, предназначению и конструктивным особенностям. Автомобили с приводом только на заднюю или переднюю ось оснащаются одним дифференциалом – межколёсным.

• Конструкция межосевого дифференциала
• Принцип работы межосевого дифференциала
• Предназначение межосевого дифференциала
• Режимы работы межосевого дифференциала

Необходимость в наличии дифференциала вызвана особенностями поведениями колёс в поворотах. Они проходят различное расстояние в эти моменты. Грузовые автомобили с приводами 6х6 и 8х8 оснащаются дополнительным межтележечным дифференциалом. В моделях с полным приводом устанавливаются три дифференциала: кроме двух межколёсных, ещё и один межосевой. О работе межосевого дифференциала, о его конструкции и предназначении мы и поговорим далее более подробно.

Конструкция межосевого дифференциала

Дифференциалы легковых автомобилей, как правило насчитывают два сателлита. Полуосевые (солнечные) шестерни передают вращение на ведущие колёса через полуоси по шпицевому соединению. Правая и левая шестерни полуосей имеют как равное, так и различное число зубцов. Шестерни с равным количеством зубцов образуют симметричный дифференциал, в то время, когда неравное количество зубцов характерно для несимметричного дифференциала.

Симметричный дифференциал распределяет вращение по осям в равных пропорциях, в независимости от того какой величины угловые скорости ведущих колёс. Благодаря своим свойствам симметричный дифференциал успешно применяется как межколёсный дифференциал. Несимметричный дифференциал разделяет крутящий момент в определённом соотношении, поэтому его устанавливают между осями полноприводного автомобиля.

Принцип работы межосевого дифференциала

Когда автомобиль движется по прямолинейной траектории по ровной дороге, расстояние, пройденное ведущими колёсами будет равным, так как у обоих колёс будет одинаковая угловая скорость. В процессе такого движения все сателлиты, шестерни и корпус дифференциала синхронизированы. Передачу крутящего момента данному механизму обеспечивает шестерня. Также отметим и тот факт, что при таком движении крутящий момент на каждом из ведомых колёс одинаков, а полуосевые шестерни заклиниваются сателлитами, которые статичны относительно своей оси.

Когда автомобиль входит в поворот, путь, который проходит колесо, идущее по внутреннему краю, меньший, чем у колеса на внешнем круге, следовательно и скорость вращения у них разная. Для стабилизации ситуации полуосевая шестерня замедляется, а сателлиты и корпус в это время упираются в полуосевую шестерню слева. Благодаря тому, что сателлиты вращаются вокруг своей оси, растёт и скорость, с которой вращается правая полуосевая шестерня. Это позволяет ведущим колёсам вращаться с разными скоростями, что предотвращает проскальзывание и пробуксовку. Отметим, что колесо с большей скоростью вращения получает меньший крутящий момент.

Давайте рассмотрим дифференциал с классической конструкцией. Основным его недостатком будет пробуксовка одного колеса, когда оно потеряет контакт с дорожной поверхностью. Всё дело в том, что колесо в подвешенном состоянии вращается примерно в два раза быстрее колеса, которое контактирует с дорогой при равном количестве оборотов ведомой шестерни дифференциала. Второе колесо остаётся статичным. Причиной всему является очень маленький крутящий момент, подведённый к нему, так как вращающееся подвешенное колесо получает незначительное сопротивление крутящего момента. Исходя из этого понятно, что крутящий момент противоположного колеса аналогично мал, поэтому оно и неподвижно.

Если колесо пробуксовывает на повышенных оборотах в среде со значительным сопротивлением, крутящий момент, подаваемый на него будет большим в сравнении с проскальзывающим колесом, а следовательно и второму колесу будет предоставляться больший момент для осуществления вращения. Благодаря такому распределению автомобиль может медленно, но уверенно выбираться из ловушки. Буксующее колесо затрачивает много мощности, расходуемой на нагрев дорожного полотна, покрышек и т.д. Пробуксовка заметно снижает проходимость автомобиля с со свободным дифференциалом. Чтобы избежать подобных проблем, на автомобили устанавливают дифференциалы с возможностью их блокировки, как ручной, так и автоматической.

Предназначение межосевого дифференциала

Как Вам уже стало понятно, предназначение межосевого дифференциала заключается в распределении крутящего момента между ведущими осями в полноприводных автомобилях, что даёт им возможность вращения с различными угловыми скоростями. Потребность в таком механизме возникла в следствии движения автомобилей по неровным поверхностям, когда масса самой конструкции давит на ось, что находится в гораздо низком положении. Так, если Вы едете под горку, то большая часть крутящего момента передаётся на заднюю ось. В случае спуска же всё происходит наоборот. Сам механизм межосевого дифференциала располагается, как правило, в раздаточной коробке транспортного средства.

По своему типу межосевой дифференциал может быть, как симметричным, так и несимметричным. Первый вариант дифференциалараспределяет крутящий момент в соотношении 50/50, когда второй в разных соотношениях, например, 60/40. Кроме того бывают межосевые дифференциалы, не имеющие блокировочного механизма, что не позволяет двигаться колёсам с разными скоростями. Есть самоблокирующиеся дифференциалы и с ручной блокировкой.

Второй вариант позволяет принудительно распределять крутящий момент между осями. Это хорошо помогает преодолевать различные дорожные преграды в виде грязи, песка или снега. Принудительное блокирование межосевого дифференциала может быть полным и частичным. При этом обеспечивается жёсткое соединение полуосей между собой. Зачастую для реализации всего внедорожного потенциала автомобиля применяется дифференциал с механизмом автоматической блокировки. Он имеет три вида конструкций и соответственно различные принципы функционирования.

Режимы работы межосевого дифференциала

Работа симметричного межосевого дифференциала разделяется на три, присущих ему, режима:

— прямолинейное движение;

— движение в повороте;

— движение по скользкой дороге.

При движении прямо, колёса принимают на себя равнораспределённое сопротивление дорожного полотна. Крутящий момент передаётся к корпусу дифференциала от главной передачи. Вместе с ним перемещаются и сателлиты. Сателлиты, обходя шестерни полуосей, передают на ведущие колёса весь крутящий момент в равных пропорциях. В отсутствии вращения сателлитов на осях, шестерни полуосей движутся с одинаковой угловой скоростью. Они вращаются с той же частотой, что и ведомая шестерня главной передачи.

При входе в поворот, ведущее колесо, идущее по внутреннему радиусу, принимает на себя большее сопротивление, чем колесо внешнего радиуса. Внутренняя полуосевая шестерня замедляет своё движение и побуждает вращаться сателлиты вокруг своей оси. Они в свою очередь, ускоряют вращение наружной шестерни полуоси. Колёса, движущиеся с разными угловыми скоростями позволяют проходить автомобилю поворот без излишней пробуксовки. Сумма частот вращения полуосевых шестерен внутри и снаружи равна частоте вращения ведомой шестерни, умноженной на двое. Крутящий момент распределяется между ведущими колёсами в равной степени. И на это не влияет разность угловых скоростей.

Когда автомобиль движется по скользкой дороге, одно колесо принимает на себя большую часть сопротивления, в то время как второе пробуксовывает или проскальзывает. Дифференциал заставляет вращаться «проблемное» колесо с большей скоростью. Второе колесо вынуждено остановиться. Сила тяги, образуемая на буксующем колесе очень мала в силу низкого сцепления, поэтому его вращение тоже происходит с небольшой скоростью. А в силу конструкции симметричного дифференциала, другое колесо будет обладать теми же характеристиками на тот момент. Ситуация зашла в тупик – автомобиль не сдвигается с места. Решить эту проблему можно увеличив крутящий момент на небуксующем колесе. Это легко осуществляется блокировкой дифференциала.

Подписывайтесь на наши ленты в таких социальных сетях как, Facebook, Вконтакте, Instagram, Pinterest, Yandex Zen, Twitter и Telegram: все самые интересные автомобильные события собранные в одном месте.

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.

Настоящими полноценными внедорожниками считаются автомобили, оборудованные понижающей передачей, работающей в тандеме с блокирующимся дифференциалом. Кстати, сам дифференциал разделяют на межосевой и межколесный (см. статью о том, что такое межколесный дифференциал и как он работает).

Расположение

Существуют 2 вида дифференциалов: межосевой и межколесный (находится в корпусе ведущего моста). Эти типы дифференциалов имеют ряд отличий. Расположение узла зависит от типа привода автомобиля.

Межколесный ставится на автомобили как с одной, так и с двумя ведущими осями. На переднеприводных авто из-за отсутствия карданной передачи узел стоит сразу за КПП (либо они совмещены в одном корпусе). На машинах с задним приводом он устанавливается в редукторе.

Межосевой ставят на автомобили с полным приводом. Он распределяет мощность уже не между колесами, а между двумя осями. Данный узел задействует при подъёмах и спусках. Из-за наклона авто масса перераспределяется и одна из осей нагружается больше.

Большинство полноприводных авто оборудовано сразу 3 дифференциалами (2 – межколесных и 1 — межосевой). В то же время для машины с одной ведущей осью достаточно всего 1-го межколесного узла.

Вывод

Дифференциал – это важный узел автомобильной трансмиссии. Если КП получает, преобразует, а затем и передает крутящий автомобильным колесам, то такой узел как дифференциал обеспечивает нормальную передачу этого самого крутящего момента и отвечает за ходовые качества транспортного средства. Например, обеспечивает маневрирование на трассе и за ее пределами. Без дифференциала невозможно создать ни грузовой, ни легковой автомобиль. А если попытаться, то его эксплуатация станет очень опасной. По крайней мере, с того самого момента, как автомобиль разовьет высокую скорость или начнет входить в поворот.

6. Плохо: цены поднялись

Еще одна неприятная новость — «Патриот» подорожал. И довольно заметно. Если раньше базовая версия «Классик» продавалась за 779 000 рублей, то теперь ее переименовали в «Стандарт», расширили за счет фронтальных подушек, регулировки руля по вылету и оценили в 809 тысяч.

Цена комплектации «Комфорт» с кондиционером, музыкой, литыми дисками, подогревом передних сидений и задним парктроником выросла с 879 990 до 909 000. Из нового тут — разве что пневмоупоры капота.