Дифференциал автомобиля – назначение, устройство, принцип работы
Дифференциал предназначен для передачи, изменения и распределения крутящего момента между двумя потребителями и обеспечения, при необходимости, их вращения с разными угловыми скоростями.
Дифференциал является одним из основных конструктивных элементов трансмиссии. Расположение дифференциала в трансмиссии автомобиля:
- в заднеприводном автомобиле для привода ведущих колес – в картере заднего моста;
- в переднеприводном автомобиле для привода ведущих колес – в коробке передач;
- в полноприводном автомобиле для привода ведущих колес – в картере переднего и заднего мостов;
- в полноприводном автомобиле для привода ведущих мостов – в раздаточной коробке.
Дифференциалы, используемые для привода ведущих колес, называются межколесными. Межосевой дифференциал устанавливается между ведущими мостами полноприводного автомобиля.
Конструктивно дифференциал построен на основе планетарного редуктора.
Конический дифференциал применяется в основном в качестве межколесного дифференциала. Цилиндрический дифференциал устанавливается чаще между осями полноприводных автомобилей. Червячный дифференциал, ввиду своей универсальности, может устанавливаться как между колесами, так и между осями.
Устройство дифференциала рассмотрено на примере самого распространенного конического дифференциала. Составные части дифференциала являются характерными и для других видов дифференциалов. Конический дифференциал представляет собой планетарный редуктор и включает полуосевые шестерни с сателлитами, помещенные в корпус.
Корпус (другое наименование – чашка дифференциала) воспринимает крутящий момент от главной передачи и передает его через сателлиты на полуосевые шестерни. На корпусе жестко закреплена ведомая шестерня главной передачи. Внутри корпуса установлены оси, на которых вращаются сателлиты.
Сателлиты, играющие роль планетарной шестерни, обеспечивают соединение корпуса и полуосевых шестерен. В зависимости от величины передаваемого крутящего момента в конструкции дифференциала используется два или четыре сателлита. В легковых автомобилях применяется, как правило, два сателлита.
Полуосевые шестерни (солнечные шестерни) передают крутящий момент на ведущие колеса через полуоси, с которыми имеют шлицевое соединение. Правая и левая полуосевые шестерни могут иметь равное или различное число зубьев. Шестерни с равным числом зубьев образуют симметричный дифференциал, тогда как неравное количество зубьев характерно для несимметричного дифференциала.
Симметричный дифференциал распределяет крутящий момент по осям в равных соотношениях, независимо от величины угловых скоростей ведущих колес. Благодаря этим свойствам симметричный дифференциал используется в качестве межколесного дифференциала.
Несимметричный дифференциал делит крутящий момент в определенном соотношении, поэтому устанавливается между ведущими осями автомобиля.
Работа дифференциала
В работе симметричного межколесного дифференциала можно выделить три характерных режима:
- прямолинейное движение;
- движение в повороте;
- движение по скользкой дороге.
При прямолинейном движении колеса встречают равное сопротивление дороги. Крутящий момент от главной передачи передается на корпус дифференциала, вместе с которым перемещаются сателлиты. Сателлиты, обегая полуосевые шестерни, передают крутящий момент на ведущие колеса в равном соотношении. Так как сателлиты на осях не вращаются, полуосевые шестерни движутся с равной угловой скоростью. При этом частота вращения каждой из шестерен равна частоте вращения ведомой шестерни главной передачи.
При движении в повороте внутреннее ведущее колесо (расположенное ближе к центру поворота) встречает большее сопротивление, чем наружное колесо. Внутренняя полуосевая шестерня замедляется и заставляет сателлиты вращаться вокруг своей оси, которые в свою очередь увеличивают частоту вращения наружной полуосевой шестерни.
Движение ведущих колес с разными угловыми скоростями позволяет проходить поворот без пробуксовки. При этом, в сумме частоты вращения внутренней и наружной полуосевых шестерен всегда равна удвоенной частоте вращения ведомой шестерни главной передачи. Крутящий момент, независимо от разных угловых скоростей, распределяется на ведущие колеса в равном соотношении.
При движении по скользкой дороге одно из колес встречает большее сопротивление, тогда как другое проскальзывает — буксует. Дифференциал, в силу своей конструкции, заставляет вращаться буксующее колесо с увеличивающейся скоростью. Другое колесо при этом останавливается. Сила тяги на буксующем колесе, по причине низкой силы сцепления, мала, поэтому и крутящий момент на этом колесе тоже мал. А так как дифференциал у нас симметричный, то на другом колесе крутящий момент тоже будет небольшим. Тупиковая ситуация – автомобиль не может сдвинуться с места.
Для продолжения движения необходимо увеличить крутящий момент на свободном колесе.
Это осуществляется с помощью блокировки дифференциала.
Что такое дифференциал и зачем он нужен
Дифференциал — механическое устройство, которое делит момент входного вала между выходными валами, называемыми полуосями. Непонятно? Попробуем разобраться.
Не путать с дифференциальными уравнениями: в нашем случае дифференциал — это важнейший элемент полноприводного автомобиля. В силу того что при прохождении поворота каждое из колес движется по собственной траектории, внешнее колесо проходит более длинную дугу, чем внутреннее. Таким образом, при вращении ведущих колес с одинаковой скоростью поворот возможен только с пробуксовкой, что негативно сказывается на управляемости, а также приводит к существенному износу шин. Для предотвращения этих негативных явлений и служит дифференциал. Момент от двигателя передается карданным валом через коническую зубчатую передачу на корпус дифференциала.
Тот, в свою очередь, через независимые друг от друга шестерни (сателлиты) вращает полуоси. Таким образом, каждая из полуосей вращается с разной угловой скоростью, а каждое колесо свободно перемещается по своей траектории без проскальзывания. При этом суммарная скорость вращения остается постоянной. Помимо этого, дифференциал позволяет неразрывно передавать крутящий момент от двигателя на ведущие колеса, а в сочетании с главной передачей служит дополнительной понижающей передачей.
Все бы хорошо, но тут появляется другая проблема — как только одно из ведущих колес попадает на скользкую поверхность или вывешивается в воздухе, весь момент по принципу наименьшего сопротивления отправляется к нему. Если все четыре ведущих колеса вдруг попадут на лед, то автомобиль через какое-то время остановится, и будет буксовать на месте.
Жестко или мягко?
Первые опыты широкого использования полного привода (в основном на армейских внедорожниках и вездеходах) привели к появлению системы жесткого механического блокирования дифференциала. Для этого автомобиль необходимо было остановить и с помощью специального механизма заблокировать шестерни дифференциала. В данном случае речь идет о повышении проходимости на бездорожье, где скорость передвижения низкая и вероятность повредить привод — минимальная. Как только автомобиль выбирался на нормальную дорогу, необходимо было отключить блокировку, иначе существенно возрастает нагрузка на полуоси и механизм блокировки, а также увеличивается износ всех элементов конструкции. Поэтому нужно было придумать, как автоматизировать этот процесс и сделать его более простым и адекватным для рядового автолюбителя.
Вискомуфта
Развитие химической промышленности, и, как следствие, появление дилатантных жидкостей, изменяющих свою вязкость, послужило основой для создания вискомуфты.
Пионерами ее применения в конце 60-х годов прошлого века стали британские инженеры Тони Ролт и Дерек Гарднер. Конструкция вискомуфты проста, как все гениальное. Она состоит из набора близко расположенных друг к другу фрикционов, одна половина которых соединяется с валом межосевого дифференциала, а вторая наружными выступами — с цилиндрическим корпусом. При обычном движении скорость вращения передних и задних колес одинакова, поэтому перемешивание жидкости в муфте слабое, и она обладает хорошей текучестью. Но как только колеса одной из осей забуксовали, шестеренки межосевого дифференциала начинают раскручиваться, и связанные с ним фрикционы вискомуфты начинают быстро перемешивать силиконовую жидкость. Она твердеет, сжимая оба пакета фрикционов. В результате межосевой дифференциал частично или полностью блокируется.
Запатентовав свое изобретение, Тони Ролт создал собственную фирму, которая наладила выпуск вискомуфт для различных автомобильных фирм по обе стороны Атлантики. Первым массовым авто с полноприводной трансмиссией и межосевым дифференциалом с вискомуфтой стал AMC Eagle, который выпускался компанией American Motors c 1979 по 1988 год.
В различных версиях эта модель разошлась тиражом около 200 тысяч экземпляров. Позже с активным развитием полноприводных трансмиссий вискомуфты нашли широкое применение в автомобилестроении. Но, как у любого другого устройства, у вискомуфты есть и свои недостатки — инерционность срабатывания, громоздкость и ограниченность по величине передаваемого момента.
Торсен и Халдекс
Вернемся вновь на полстолетия назад в далекий 1958-й год, когда американский инженер Вернон Глизман разработал и запатентовал механический самоблокирующийся дифференциал Dual-Drive Differential, который позже получил привычную сегодня торговую марку Torsen. Основная идея фактически зашифрована в названии, происходящем от сокращения двух английских слов, torque sensing, чувствительный к крутящему моменту. Механический самоблокирующийся дифференциал Torsen представляет собой оригинальное сочетание червячных пар и зубчатых колес. Блокировка у этого устройства происходит не от разности скоростей вращения валов, как в вискомуфте и других дифференциалах повышенного трения, а при изменении баланса крутящих моментов на валах.
Как только момент на одном из валов увеличивается, червячные пары «заклинивают» зубчатые колеса, блокируя нужную шестерню дифференциала.
Вторая конструкция, получившая сегодня широкое распространение, — электронно-управляемая фрикционная муфта, разработанная шведской фирмой Haldex. Она представляет собой многодисковое сцепление, работающее в масле. Как только появляется незначительная разница в скоростях вращения двух валов, с помощью гидравлики диски сцепления замыкаются. Электронный блок управления следит за многочисленными данными от датчиков, и, как только пробуксовка прекращается, давление в системе падает, и диски разжимаются. Среди главных достоинств муфты Haldex — практически мгновенное срабатывание, а также возможность менять характеристики с помощью перенастройки блока управления.
Підпишіться на наш Telegram-канал та Facebook або читайте нас в Google News, щоб нічого не пропустити.
Какова функция дифференциала в автомобиле?
Как и у большинства компонентов транспортного средства, у каждого из них есть определенная задача, которая помогает транспортному средству двигаться. Возможно, вы слышали о дифференциале автомобиля, но что это такое и что он делает?
Что такое дифференциал?
Дифференциал, являясь частью передней и/или задней оси, играет неотъемлемую роль в поворотах автомобиля. Дифференциал предназначен для привода пары колес, позволяя им вращаться с разной скоростью. Эта функция обеспечивает пропорциональные обороты между левым и правым колесами. Если внутренняя шина при повороте вращается на 15 об/мин меньше, чем при движении прямо, то внешняя шина будет вращаться на 15 об/мин больше, чем при движении прямо.
Например, когда ваш автомобиль поворачивает, внешнее колесо должно двигаться быстрее, чем внутреннее.
Дифференциал распределяет равные количества крутящего момента на оба колеса. Это позволяет колесам реагировать на сопротивление или обеспечивать сцепление, чтобы колесо больше сопротивлялось вращению. Колесо с меньшим сопротивлением вращается быстрее.
Некоторые транспортные средства, например картинги, не оснащены дифференциалом. В этом случае оба ведущих колеса вынуждены вращаться с одинаковой скоростью обычно на общей оси, приводимой в движение простым цепным приводом. Транспортные средства с передним приводом имеют другую конструкцию, заключающуюся в том, что мост и дифференциал в сборе расположены в узле трансмиссионного моста или в коробке передач.
Три типа дифференциалов
Открытый дифференциал — старейшая и наиболее распространенная конструкция, подходящая для различных марок и моделей автомобилей. Это самый простой, надежный и широко используемый тип дифференциала. Шестерня с приводом, расположенная на конце карданного вала, входит в зацепление с зубчатым венцом, который затем передает мощность на обе оси через другой набор шестерен.
Единственным недостатком его конструкции является то, что когда одно колесо начинает проскальзывать, вся мощность, по сути, передается на колесо с наименьшим сцеплением, что делает эту установку непригодной для скалолазания или скоростных гонок.
Ограниченное скольжение похоже на открытый дифференциал, но использует встроенную систему сцепления. Механизм сцепления блокирует левую и правую стороны оси вместе, когда колесо теряет сцепление с дорогой. Это предпочтительная система для высокопроизводительных транспортных средств, таких как дрэг-рейсеры и автомобили, буксирующие тяжелые грузы.
Torque-Vectoring — это новейшая и лучшая дифференциальная технология. Управление вектором крутящего момента включает в себя сложный набор датчиков и электроники для получения данных от системы рулевого управления, положения дроссельной заслонки, дорожного покрытия и т. д., что дает возможность распределять мощность на каждое колесо в соответствии с данными. Эта опция обеспечивает максимальное сцепление с дорогой при прохождении поворотов, значительно повышая производительность.
Уход за дифференциалом
Регулярное техническое обслуживание любого автомобиля требует замены масла, ремней, шлангов и других жидкостей. Дифференциальная жидкость не является исключением. Дифференциальное масло используется для смазывания МКПП и дифференциалов. Это похоже на важность моторного масла для двигателя. Он играет жизненно важную роль в защите дифференциала и трансмиссии, обеспечивая их безопасную и бесперебойную работу.
Отработанная дифференциальная жидкость со временем загрязняется и загрязняется. Продолжать движение с загрязненной жидкостью рискованно, так как это может вызвать ненужный износ компонентов, что приведет к необратимому повреждению. Признаки того, что вашему дифференциалу требуется обслуживание:
- Жужжание только при замедлении.
- Вой или визг при разгоне на малых или больших скоростях.
- Урчание или жужжание на скорости более 20 миль в час, но меняется при повороте.
- Регулярный лязг через каждые несколько футов или при начале движения.
- Постоянная вибрация, усиливающаяся со скоростью автомобиля.
Планируйте, чтобы ваша дифференциальная жидкость, также известная как трансмиссионное масло, или масло в трансмиссиях, заменялась обученным техническим специалистом каждые 30 000 миль, но не более 60 000 миль. Чистое, свежее масло обеспечивает лучшую защиту дифференциала, что делает езду более безопасной. Как и в случае с любым другим компонентом автомобиля, хорошо смазанные детали обеспечивают оптимальную работу.
Обслуживание дифференциала
Ваш легковой или грузовой автомобиль не сможет далеко уехать без возможности поворачивать. Смазочная жидкость в дифференциале отводит тепло от шестерен, продлевая срок их службы и удерживая вас на дороге. Для любого технического обслуживания, включая замену масла, промывку тормозов или обслуживание дифференциала, обращайтесь в Sun Auto Service! Мы являемся экспертами в области полного ремонта и обслуживания автомобилей.
Наши сертифицированные техники ASE прошли специальную подготовку по всем аспектам ухода за автомобилями всех марок и моделей легковых автомобилей и легких грузовиков. У нас есть рейтинг A+ от Better Business Bureau, и легко понять, почему. Мы гарантируем свою работу в письменной форме и предоставляем только те услуги, которые вы разрешаете. Зачем обращаться к дилеру, если Sun Auto Service является альтернативой номер один? Запишитесь на прием для следующего обслуживания и узнайте, что делает Sun Auto Service лучшим выбором в области автомобильного обслуживания.
Исчисление I — Дифференциалы
Показать мобильное уведомление Показать все примечания Скрыть все примечания
Мобильное уведомление
Похоже, вы используете устройство с «узкой» шириной экрана ( т.
е. вы, вероятно, используете мобильный телефон). Из-за характера математики на этом сайте лучше всего просматривать в ландшафтном режиме. Если ваше устройство не находится в ландшафтном режиме, многие уравнения будут отображаться сбоку вашего устройства (должна быть возможность прокрутки, чтобы увидеть их), а некоторые пункты меню будут обрезаны из-за узкой ширины экрана.
Раздел 4.12: Дифференциалы
В этом разделе мы познакомим вас с обозначениями, которые мы будем часто встречать в следующей главе. Мы также рассмотрим применение этой новой нотации.
Для заданной функции \(y = f\left( x \right)\) мы называем \(dy\) и \(dx\) дифференциалами, а связь между ними определяется выражением
\[dy = f’\влево( х \вправо)dx\]
Обратите внимание, что если нам просто дано \(f\left( x \right)\), то дифференциалы равны \(df\) и \(dx\), и мы вычисляем их таким же образом. 94}}}\)
Показать решение
Прежде чем работать с любым из них, мы должны сначала обсудить, что нас просят найти здесь.