Назначение дифференциала автомобиля: устройство, виды и принцип работы

что такое дифференциал в автомобиле?

Дифференциал – это важный узел в конструкции трансмиссии автомобиля. Назначение дифференциала – разделение мощности, поступающей от двигателя, на два отдельных потока.

Что такое дифференциал и для чего он нужен

При повороте колеса автомобиля проходят различный путь. Это приводит к сильному износу шин, пробуксовке и к ухудшению управляемости машины. Дифференциал нужен, чтобы компенсировать разность угловых скоростей колес.

На некоторых автомобилях этого узла нет. Зачем нужен дифференциал, если, например, каждое из ведущих колес на машине имеет отдельный двигатель? Если допустима пробуксовка колес (например, в раллийных автомобилях), узел заваривается.

Как работает дифференциал?

По принципу действия дифференциал прост. В основе лежит планетарная передача, которая состоит из шестерен-полуосей, шестерен-саттелитов, ведомой и ведущей шестерни (передача вращения выполняется через ведущую шестерню).

Есть 3 режима:

• Движение по прямой дороге. Колеса автомобиля встречают одинаковое сопротивление — из-за этого шестерни-саттелиты не приводятся в движение. Поэтому мощность распределяется в соотношении 50/50 – поровну на каждое колесо. При этом период вращения колес равен периоду вращения ведомой шестерни.
• Поворот. Иная ситуация возникает при повороте. Из-за разного сопротивления угловая скорость одного из колес уменьшается, в результате замедляется и шестерня полуосей. Она приводит в движение саттелиты. Их вращение обеспечивает увеличение частоты вращения второй шестерни полуосей. Именно поэтому меняется соотношение скоростей вращения колес (крутящий момент распределяется в равных пропорциях), а их проворачивание отсутствует.
• Пробуксовка. Если автомобиль застрял или попал на сколькое покрытие, может возникнуть пробуксовка одного из колес. Скользящее колесо почти не встречает сопротивления, а для застрявшего оно максимально. За счет дифференциала, находящегося в автомобиле, происходит перераспределение мощностей. Соотношение может доходить до 0/100 (одно колесо стоит, а второе вращается с удвоенной скоростью). Тогда машина встает и не может тронуться. Поэтому многие современные автомобили оснащены блокировкой дифференциала.

По виду зубчатой передачи типы автомобильных дифференциалов бывают такими: цилиндрические, конические и червячные. Наиболее универсальной является последняя разновидность — ее устанавливают как в системах полного привода, так и на автомобилях с 1-й ведущей осью. Цилиндрический больше подходит для установки между мостами полноприводной машины. А передне- и заднеприводные авто оснащают коническими.

Блокировка дифференциала

Наиболее важна блокировка в авто с полным приводом. И причина не только в том, что их чаще эксплуатируют на бездорожье. Из-за особенностей конструкции таких автомобилей при потере сцепления с дорогой одного колеса крутящий момент может сократиться и на трех остальных. Из-за этого авто не будет ехать.

Блокировка происходит за счет «отключения» шестерен-саттелитов либо переноса мощности на загруженную полуось. В зависимости от способа перераспределения механизмы блокировки бывают полными или частичными. Распространены самоблокирующиеся дифференциалы – они устанавливаются на кроссоверы. Их работа позволяет оптимально распределить крутящий момент.

Наиболее сложным устройством обладает электронная блокировка. Она совмещён с системой курсовой устойчивости. Параметры движения автомобиля в этом случае определяют датчики. А за распределение мощности отвечает компьютер автомобиля.

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.

Виды автомобильных дифференциалов

Виды дифференциалов по принципу работы таковы:

1. С полной блокировкой. Блокировка выполняется водителем принудительно. Из-за того, что угловая скорость колес становится равной, при поворотах ухудшается управляемость и увеличивается износ покрышек. Подобной блокировкой оснащались автомобили ВАЗ-2121.
2. LSD (Limited Slip Differential). Узел этого вида является самоблокирующимся. Если разница между скоростями вращения двух колес становится слишком большой, происходит автоматическая блокировка (то есть ситуация, когда вся мощность поступает на 1 колесо, невозможна). Конструкция такого типа позволяет успешно преодолевать скользкие участки или бездорожье.
3. Вискомуфта (вязкостная муфта). Разновидность самоблокирующегося дифференциала, в котором блокировка выполняется за счет физических свойств некоторых веществ. Обычно сюда заливается дилатантная жидкость, основой которой служит силикон. При нормальной температуре и без перемешивания она сохраняет жидкое состояние. Однако при нагревании она расширяется и приобретает консистенцию клея. Подобная конструкция очень простая и дешевая, поэтому ее устанавливают на большинство «паркетников». Однако данный узел неремонтопригоден, неустойчив к длительной работе и не может быть подключен вручную. Полная блокировка колес возможна только при очень сильной пробуксовке.
4. Torsen (англ. Torque и Sensing). Еще один тип с самоблокировкой. По устройству и принципу работы дифференциала Torsen несколько отличается от предыдущих моделей. Принцип действия — за счет свойства червячной передачи заклинивать при определенном соотношении крутящих моментов. Данная разновидность узла используется на многих полноприводных автомобилях (например, на моделях марки Audi). Преимущество Torsen в его простоте и надежности. Он действует чисто механически и не связан с электроникой. Этот узел стабильнее вискомуфты. Основной недостаток конструкции заключается в том, что авто невозможно сдвинуть, если сразу 2 колеса одной оси проскальзывают. Кроме того, изделия Torsen достаточно дороги.
5. Электронный. Блокировка выполняется в автоматическом режиме посредством бортового компьютера. Главное преимущество такой конструкции – возможность настройки степени блокировки. Также этот узел хорошо стабилизирует машину при возникновении избыточной «поворачиваемости». Однако крутящий момент здесь всегда смещается на колесо с меньшей скоростью вращения.
6. Многодисковый. В конструкции есть подпружиненные фрикционные диски. Механизмы такого типа применяют редко, потому что они быстро изнашиваются. Чаще всего их используют в автоспорте.

Заключение

Автомобиль с дифференциалом безопаснее. Устройство позволяет не только комфортно ехать по трассе, но и выполнять сложные маневры. Однако при езде по бездорожью и скользкому покрытию управляемостью машины с дифференциалом может ухудшиться. В этом случае поможет блокировка компонента. Большинство автомобилей оснащено автоматической блокировкой, поэтому сложностей с ее использованием не возникает. Если же она активируется вручную, включать ее следует только на особенно сложных участках дороги. В противном случае есть риск серьезно повредить покрышки.

Дифференциал автомобиля — устройство, фото, типы.

Многие покупатели при выборе внедорожника наверняка сталкивались в описании той или иной модели с термином «электронная блокировка дифференциала». Но что это такое, и как работает этот самый дифференциал, знают далеко не все потенциальные владельцы автомобилей этого класса. В нашем сегодняшнем материале мы подробно расскажем, для чего машине дифференциал, каковы его разновидности и на какие автомобили он устанавливается.

На фото самоблокирующиеся дифференциалы

История создания и назначение дифференциала

На автомобилях, оснащенных двигателем внутреннего сгорания, дифференциал появился через несколько лет после их изобретения. Дело в том, что первые экземпляры машин, приводимых в действие двигателем, имели очень плохую управляемость. Оба колеса на одной оси при повороте вращались с одинаковой угловой скоростью, что приводило к пробуксовке колеса, идущего по внешнему, большему, чем внутренний, диаметру. Решение проблемы было найдено просто: конструкторы первых автомобилей с ДВС позаимствовали у паровых повозок дифференциал – механизм, изобретенный в 1828 году французским инженером Оливером Пекке-Ром. Он представлял собой устройство, состоящее из валов и шестерней, через которые крутящий момент от двигателя передается на ведущие колеса. Но после установки на автомобиль дифференциала обнаружилась еще одна проблема – пробуксовка колеса, утратившего сцепление с дорогой.

Обычно это проявлялось, когда автомобиль двигался по дороге, покрытой участками льда. Тогда колесо, попавшее на лед, начинало вращаться с большей скоростью, чем то, которое находилось на грунте или бетоне, что в итоге приводило к заносу автомобиля. Тогда конструкторы задумались об усовершенствовании дифференциала с тем, чтобы при подобных условиях оба колеса вращались с одинаковой скоростью и автомобиль не заносило. Первым, кто проводил эксперименты с созданием дифференциала с ограниченным проскальзыванием, стал Фердинанд Порше.

Фердинанд Порше

Ему понадобилось три года, чтобы разработать, протестировать и выпустить на рынок так называемый кулачковый дифференциал – первый механизм с ограниченным проскальзыванием, который устанавливался на первые модели марки Volkswagen. Впоследствии инженеры разработали различные виды дифференциалов, о которых речь пойдет ниже.

В автомобиле дифференциал выполняет три функции: 1) передает крутящий момент от двигателя к ведущим колесам, 2) задает колесам разные угловые скорости, 3) служит понижающей передачей в сочетании с главной передачей.

Устройство дифференциала

Усовершенствованный автомобильными конструкторами дифференциал устроен в виде планетарной передачи, где крутящий момент от двигателя передается через карданный вал и коническую зубчатую передачу на корпус дифференциала. Тот, в свою очередь, направляет крутящий момент на две шестерни, а уже они распределяют момент между полуосями. Сцепление между шестернями-сателлитами и полуосями имеет две степени свободы, что позволяет им вращаться с разными угловыми скоростями.

Устройство дифференциала.

Таким образом, дифференциал обеспечивает разную скорость вращения колес, расположенных на одной оси, что предотвращает и пробуксовку при повороте. После того, как был изобретен полный привод, у автомобиля появилось два, а впоследствии и три (с межосевым) дифференциала, которые распределяли крутящий момент между ведущими осями.

Уже понятно, что без дифференциала не обходится ни один автомобиль. В передне- и заднеприводных автомобилях он расположен на ведущей оси. Если у автомобиля сдвоенная ведущая ось, то здесь в конструкции трансмиссии применяют два дифференциала — по одному на каждую ось. В полноприводных машинах дифференциалов два (для моделей с подключаемым полным приводом – по одному на каждую ось) или три (для моделей с постоянным полным приводом – по одному на каждую ось, плюс межосевой дифференциал, который распределяет крутящий момент между осями). Кроме количества механизмов, устанавливаемых на автомобили с разными типами приводов, дифференциалы различают по виду блокировки.

Разновидности дифференциалов

По виду блокировки дифференциалы делятся на два – ручная и электронная блокировка. Ручная, как следует из названия, производится водителем вручную при помощи кнопки или тумблера. В этом случае шестерни-сателлиты механизма блокируются, ведущие колеса двигаются с одинаковой скоростью. Обычно ручная блокировка дифференциала предусмотрена на внедорожниках.

Ее рекомендуется включать при преодолении сложного бездорожья и отключать при выезде на обычные дороги.

Электронная или автоматическая блокировка дифференциала осуществляется при помощи электронного блока управления, который, анализируя состояние дорожного покрытия (используется информация с датчиков ABS и антипробуксовочной системы), сам блокирует шестерни-сателлиты.

Задний дифференциал с электронным управлением Range Rover Sport

По степени блокировки это устройство делится на дифференциал с полной блокировкой и дифференциал с частичной блокировкой шестерен-сателлитов.

Полная блокировка дифференциала предполагает 100%-ную остановку вращения шестерен-сателлитов, при которой сам механизм начинает выполнять функцию обычной муфты, передавая равнозначный крутящий момент на обе полуоси. Вследствие этого оба колеса вращаются с одинаковой угловой скоростью. Если же одно из колес теряет сцепление с дорогой, весь крутящий момент передается на колесо с лучшим сцеплением, что позволит преодолеть бездорожье. Такое устройство дифференциала используется на внедорожниках Toyota Land Cruiser, Mercedes-Benz G-Class и других.

Полная блокировка дифференциала

Частичная блокировка дифференциала предполагает неполную остановку вращения шестерен-сателлитов, то есть с проскальзыванием. Достигается такой эффект за счет так называемых самоблокирующихся дифференциалов. В зависимости от того, каким образом срабатывает этот механизм, их делят на два вида: Speed sensitive (функционируют при разнице в угловых скоростях вращения полуосей) и Torque sensitive (функционируют при уменьшении крутящего момента на одной из полуосей). Такое устройство дифференциала используется на внедорожниках Mitsubishi Pajero, Audi с системой полного привода Quattro, BMW с системой X-Drive и так далее.

Дифференциалы, относящиеся к группе Speed sensitive, имеют разную конструкцию. Существует механизм, в котором роль дифференциала играет вискомуфта. Она представляет собой резервуар, расположенный между полуосью и ротором карданного вала, заполненный специальной вязкой жидкостью, в которую, в свою очередь, погружены диски, сочлененные с полуосью и ротором. Когда угловая скорость вращения колес разнится (одно колесо вращается быстрее другого), диски в резервуаре тоже начинают вращаться с разными скоростями, но вязкая жидкость постепенно выравнивает их скорость, и, соответственно, крутящий момент. Как только угловые скорости обоих колес сравняются, вискомуфта отключается. По своим характеристикам вискомуфта менее надежна, чем фрикционный дифференциал, поэтому ее устанавливают на машины, предназначенные для преодоления бездорожья средней степени или спортивные модификации автомобилей.

Еще один механизм дифференциала, относящийся к группе Speed sensitive – героторный дифференциал. Здесь роль блокировки, в отличие от вискомуфты, играет масляный насос и фрикционные пластины, которые монтируются между корпусом дифференциала и шестерней-сателлитом полуосей. Но принцип действия во многом схож с таковым у вискомуфты: при возникновении разницы в угловых скоростях ведущих колес насос нагнетает масло на фрикционные пластины, которые под давлением блокируют корпус дифференциала и шестерню полуоси до тех пор, пока скорости вращения колес не сравняются. Как только это происходит, насос перестает работать и блокировка отключается.

Дифференциалы, относящиеся к группе Torque sensitive, тоже имеют разную конструкцию. К примеру, есть механизм, в котором используется фрикционный дифференциал. Его особенностью является разность угловых скоростей вращения колес при движении автомобиля на прямой и в повороте. При езде по прямой дороге угловая скорость обоих колес одинаковая, а при прохождении поворота ее значение различно для каждого колеса. Это достигается за счет установки между корпусом дифференциала и шестерней-саттелитом фрикциона, который способствует улучшению передачи крутящего момента на колесо, утратившее сцепление с дорогой.

Еще один тип дифференциалов — с гипоидным (червячным или винтовым) и косозубым зацеплением. Их условно делят на три группы.

Первая – с гипоидным зацеплением, в которой у каждой полуоси есть собственные шестерни-сателлиты. Они объединятся между собой при помощи прямозубого зацепления, причем ось шестерни располагается по отношению к полуоси перпендикулярно. При возникновении разницы в угловых скоростях ведущих колес, шестерни полуосей расклиниваются, образуется трение между корпусом дифференциала и шестернями. Происходит частичная блокировка дифференциала и крутящий момент передается на ту ось, угловая скорость вращения которой меньше. Как только угловые скорости колес выровняются, происходит деактивация блокировки.

Вторая – с косозубым зацеплением, в которой у каждой полуоси также есть свои шестерни-сателлиты (они винтовые), но их оси располагаются параллельно полуосям. А объединяются эти агрегаты между собой при помощи косозубого зацепления. Сателлиты в этой механизме установлены в специальных нишах на корпусе дифференциала. Когда угловая скорость вращения колес различается, происходит расклинивание шестерен, и они, сопрягаясь с шестернями в нишах корпуса дифференциала, частично блокируют его. При этом крутящий момент направляется на ту полуось, скорость вращения которой меньше.

Третья – с косозубыми шестернями полуосей и винтовыми шестернями сателлитов, которые располагаются параллельно друг другу. Такой тип используется в конструкции межосевого дифференциала. Благодаря планетарной конструкции дифференциала, имеется возможность посредством частичной блокировки смещать крутящий момент на ту ось, угловая скорость вращения колес которой меньше. Диапазон такого смещения весьма широк – от 65/35 до 35/65. При установлении равнозначной угловой скорости вращения колес передней и задней оси дифференциал разблокируется.

Эти группы дифференциалов получили самое широкое применение в автомобилестроении: их устанавливают как на «гражданские» модели, так и на спортивные.

Что такое дифференциал и для чего нужны блокировки

Дифференциал — это механическое устройство, которое передает крутящий момент с одного источника на два независимых потребителя таким образом, что угловые скорости вращения источника и обоих потребителей могут быть разными относительно друг друга.

Дифференциа́л — это механическое устройство, которое делит момент входного вала между выходными валами, называемых полуосями. Наиболее широко применяется в конструкции привода автомобилей, где момент от выходного вала коробки передач (или карданного вала) поровну делится между полуосями правого и левого колеса.

Такая передача момента возможна благодаря применению так называемого планетарного механизма. В автомобилестроении, дифференциал является одной из ключевых деталей трансмиссии. В первую очередь он служит для передачи момента от коробки передач к колёсам ведущего моста.

Почему для этого нужен дифференциал ? В любом повороте, путь колеса оси, двигающегося по короткому (внутреннему) радиусу, меньше, чем путь другого колеса той же оси, которое проходит по длинному (внешнему) радиусу.

В результате этого, угловая скорость вращения внутреннего колёса должна быть меньше угловой скорости вращения внешнего колеса. В случае с не ведущим мостом, выполнить это условие достаточно просто, так как оба колеса могут не быть связанными друг с другом и вращаться независимо.

Но если мост ведущий, то необходимо передавать крутящий момент одновременно на оба колеса (если передавать момент только на одно колесо, то возможность управления автомобилем по современным понятиям будет очень плохой).

При жесткой же связи колёс ведущего моста и передачи момента на единую ось обоих колёс, автомобиль не мог бы нормально поворачивать, так как колеса, имея равную угловую скорость, стремились бы пройти один и тот же путь в повороте.

Дифференциал позволяет решить эту проблему: он передаёт крутящий момент на раздельные оси обоих колёс (полуоси) через свой планетарный механизм с любым соотношением угловых скоростей вращения полуосей. В результате этого, автомобиль может нормально двигаться и управляться как на прямом пути, так и в повороте.

Однако, ввиду физики устройства, у планетарного механизма есть очень нехорошее свойство: он стремится передать полученный крутящий момент туда, куда легче. Например, если оба колеса моста имеют одинаковое сцепление с дорогой и усилие, необходимое для раскручивания каждого из колёс одинаковое, дифференциал будет распределять крутящий момент равномерно между колёсами.

Но стоит только появится ощутимой разнице в сцеплении колёс с дорогой (например, одно колесо попало на лёд, а другое осталось на асфальте), как дифференциал тут же начнёт перераспределять момент на то колесо, усилие для раскрутки которого наименьшее (то есть на то, которое находится на льду).

В результате, колесо, находящееся на асфальте перестанет получать крутящий момент и остановится, а колесо, находящееся на льду примет на себя весь момент и будет вращаться с увеличенной угловой скоростью, причем планетарный механизм будет играть роль редуктора, повышающего скорость вращения этого колеса.

Естественно, это явление сильно ухудшает проходимость и управляемость автомобиля. Ведь по логике вещей, в рассмотренной ситуации момент желательно передавать на колесо, расположенное на асфальте, чтобы автомобиль мог продолжить движение.

В полноприводных автомобилях дифференциалом обычно оборудованы два моста, а зачастую дифференциал можно обнаружить еще и между мостами (межосевой дифференциал). Таким образом, мы получаем схему трансмиссии, в которой присутствуют целых три дифференциала: два мостовых и один межосевой.

Последний необходим для постоянного движения с полным приводом и передачей момента на все четыре колеса. Ведь в повороте колёса рулевого моста (обычно переднего) имеют совсем другие угловые скорости, нежели чем колёса заднего моста.

Межосевой дифференциал призван передавать крутящий момент от коробки передач к обоим ведущим мостам с разным соотношением угловых скоростей. Такая схема с тремя дифференциалами является одной из самых распространённых схем для постоянного полного привода (Full time 4WD).

Однако, это уже тема другого раздела. В данном разделе нас интересует дифференциал и его свойства. Возвращаясь к вышеописанному проблемному свойству планетарного механизма, интересно рассмотреть ситуацию, когда полноприводный автомобиль с межосевым дифференциалом одним из четырёх колёс попал на тот же лёд (или в скользкую яму). Что тогда произойдёт ?

Дифференциал моста, колесо которого находится на льду, отдаст весь полученный крутящий момент на это колесо. Межосевой дифференциал, в свою очередь, тоже стремится передать крутящий момент туда, куда легче. Естественно, межосевому дифференциалу легче отдать момент на мост с прокручивающимся на льду колесом, нежели чем на мост, колёса которого имеют хорошее сцепление с дорогой и могут двигать автомобиль.

В результате, весь крутящий момент от двигателя и коробки передач пойдёт на раскручивание единственного колеса, находящегося на льду. Остальные три колеса остановятся и не будут получать никакого крутящего момента от дифференциалов.

Итог: из четырёх ведущих колёс осталось только одно, которое проскальзывает на льду — полноприводный автомобиль «застрял». Как же заставить дифференциалы передавать крутящий момент на колёса с более хорошим дорожным сцеплением ? Для этого были разработаны различные способы частичной и полной, ручной и автоматической блокировки дифференциалов, которые будут рассмотрены ниже.

Основной целью блокировки дифференциала является передача необходимого крутящего момента обоим его потребителям (полуосям или карданам). Существуют принципиально разные методы решения данной задачи.

Полная (100%-я) ручная блокировка.

При таком типе блокировки, дифференциал фактически перестаёт выполнять свои функции и превращается в простую муфту, жестко связывающую полуоси (или карданы) между собой и передающую им одинаковый крутящий момент с одинаковой угловой скоростью. Для того, чтобы полностью заблокировать классический дифференциал, достаточно либо заблокировать возможность вращения сателлитов, либо жестко соединить между собой чашку дифференциала с одной из полуосей. Такая блокировка как правило реализована при помощи пневматического, электрического или гидравлического привода, управляемого водителем из салона автомобиля. Применяется как для мостовых, так и для межосевых дифференциалов. На картинке изображена схема блокировки компании ARB для мостового дифференциала, в которой блокируются сателлиты.

Включать подобного рода блокировки можно только при полностью остановленном автомобиле. Пользоваться ими надо крайне аккуратно, так как усилия мотора вполне достаточно чтобы «сорвать» механизм блокировки или поломать полуось. Применять такие блокировки желательно только на небольших скоростях для передвижения по труднопроходимой местности, так как при их применении в мостах (особенно в рулевых), автомобиль очень сильно теряет в управляемости. Как правило, жесткими блокировками мостовых и межосевых дифференциалов оборудуются полноценные рамные внедорожники, такие как Toyota Land Cruiser, 4Runner (Hilux Surf), Mercedes G-Class и. т. п.

Limited Slip Differentials — дифференциалы с ограниченным «проскальзыванием» (одной полуоси относительно другой).

Автоматическая блокировка с использованием
вискомуфты в качестве «Slip Limiter».

В этом случае применяется блокировка одной из полуосей с чашкой дифференциала. Вискомуфта монтируется соосно полуоси таким образом, что один её привод жестко крепится к чашке дифференциала, а другой — к полуоси. При нормальном движении угловые скорости вращения чашки и полуоси одинаковые, либо незначительно отличаются (в повороте). Соответственно, рабочие плоскости вискомуфты имеют такое же небольшое расхождение в угловых скоростях и муфта остаётся разомкнутой. Как только одна из осей начинает получать ощутимо больший момент и более высокую угловую скорость вращения относительно другой, в вискомуфте появляется трение и она начинает блокироваться. Причем, чем больше разница в скоростях, тем сильнее трение внутри вискомуфты и степень её блокировки. По мере увеличения степени блокировки вискомуфты и выравнивания угловых скоростей чашки и полуоси, трение внутри вискомуфты начинает падать, что ведёт к плавному размыканию вискомуфты и отключению блокировки. Данная схема применяется для межосевых дифференциалов, так как её конструкция слишком массивна для установки на мостовой редуктор. (Схема на картинке) Подобный механизм блокировки хорошо подходит для эксплуатации в условиях плохого дорожного покрытия, однако, в условиях настоящего бездорожья его способности далеко не выдающиеся: вискомуфта не справляется с постоянными сменами состояний сцепления мостов с грунтом, запаздывает при включении, перегревается и выходит из строя. Данный тип блокировки межосевого дифференциала можно встретить на «паркетных» внедорожниках: Toyota Rav4, Lexus RX300 и. т. п.

Кулачковые и зубчатые автоматические блокировки.

   

Принцип работы этих блокировок достаточно прост. Вместо классического шестеренчатого планетарного механизма используются кулачковые или зубчатые пары, которые при небольшой разнице в угловых скоростях полуосей имеют возможность взаимно проворачиваться (перескакивать), а при пробуксовке заклиниваются и блокируют полуоси друг с другом. Нетрудно себе представить, что происходит с автомобилем при срабатывании такой блокировки в повороте.

Некоторые экземпляры просто отключают одну из полуосей в момент возникновения небольшой разницы скоростей. Именно поэтому, штатно такими блокировками оборудуются только дифференциалы военной и специальной техники (БТР и. т. п.)

На картинках изображены (слева направо): кулачковая блокировка отечественного производства (БТР 60), Detroit Locker и Detroit E-Z Locker (компания Tractech).

Самоблокирующиеся дифференциалы.

 

Устройство таких дифференциалов довольно простое и принципиально ни чем не отличается от устройства обычного открытого дифференциала. Между полуосями и чашкой дифференциала добавлены комплекты блоков фрикционных пластин (которые помечены на картинке справа красными точками). Именно поэтому, подобные дифференциалы часто именуют «friction based LSD». Когда дифференциал пытается перераспределить крутящий момент на одну из полуосей и начинает возникать разница в угловых скоростях полуосей и чашки, пластины под действием силы трения сдерживают возникновение этой разницы. Разумеется, когда величина крутящего момента превосходит силу трения пластин, всё вращение передаётся на более легко вращаемую полуось. Такие блокировки работают в сравнительно небольшом диапазоне отношения моментов.

Довольно часто фрикционные блоки подпружинивают. Такие дифференциалы штатно устанавливаются в задний мост многих внедорожников — Toyota 4Runner (Hilux Surf), Nissan Terrano, Kia Sportage и. т. п. Американская компания ASHA Corp. пошла дальше, снабдив пакет фрикционов LSD дифференциала устройством блокировки, состоящего из насоса с поршнем (Героторный дифференциал). При возникновении разности в угловых скоростях полуоси и чашки насос нагнетает масло (жидкость) на поршень и сдавливает фрикционный блок, тем самым блокируя дифференциал. Данная конструкция получила название Gerodisk (Hydra-Lock) и штатно устанавливается на внедорожники Chrysler (на картинке слева). Практически для всех friction based дифференциалов необходимо применять специальное масло, которое содержит присадки, обеспечивающие нормальную работу фрикционных блоков.

Torque sensitive differentials.

 

 

  

 

 

Это одна из самых интересных, эффективных, технологичных и практически применяемых форм блокировки дифференциалов. Принцип работы основан на свойстве гипоидной пары «расклиниваться». В связи с этим, основные (или все) зацепления в таких дифференциалах гипоидные (червячные, или в простонародье — винтовые). Разновидностей конструкций не так уж и много — можно выделить три основных типа.

Первый тип производит компания Zexel Torsen. (T-1) Гипоидными парами являются шестерни ведущих полуосей и сателлиты. При этом каждая полуось имеет собственные сателлиты, которые парно связанны с сателлитами противоположной полуоси обычным прямозубым зацеплением. Следует отметить, что ось сателлита перпендикулярна полуоси. При нормальном движении и равенстве передаваемых на полуоси моментов, гипоидные пары «сателлит / ведущая шестерня» либо остановлены, либо проворачиваются, обеспечивая разницу угловых скоростей полуосей в повороте.

Как только дифференциал пытается отдать момент на одну из полуосей, то гипоидную пару этой полуоси начинает расклинивать и блокировать с чашкой дифференциала, что приводит к частичной блокировке дифференциала. Данная конструкция работает в самом большом диапазоне отношений крутящего момента — от 2.5/1 до 5.0/1, то есть является самой мощной в серии. Диапазон срабатывания регулируется углом наклона зубцов червяка.

Автором второго типа является англичанин Rod Quaife. В данном случае, оси сателлитов параллельны полуосям. Сателлиты расположены в своеобразных карманах чашки дифференциала. При этом парные сателлиты имеют не прямозубое зацепление, а образуют между собой еще одну гипоидную пару, которая расклиниваясь, так же участвует в процессе блокировки (на второй картинке). Подобное устройство имеет и дифференциал True Trac компании Tractech. Даже у нас в России появилось производство аналогичных дифференциалов под отечественные автомобили УАЗ и. т. д.

А вот компания Zexel Torsen в своём дифференциале T-2 предложила немного другую компоновку по сути, того же устройства (на картинке справа). Благодаря своей необычной конструкции, парные сателлиты соединены между собой со внешней стороны солнечных шестерней. По сравнению с первым типом, эти дифференциалы имеют меньший диапазон работы блокировки, однако они более чувствительны к разнице передаваемого момента и срабатывают раньше (начиная от 1.4/1). Компания Tractech недавно выпустила мостовой torque sensitive дифференциал Electrac, снабженный принудительной электроприводной блокировкой.

Третий тип производится компанией Zexel Torsen (Т-3) и используется в основном для межосевых дифференциалов. Планетарная структура конструкции позволяет сместить номинальное распределение момента в пользу одной из осей. Например, используемый на 4Раннере 4-го поколения дифференциал Т-3 имеет номинальное распределение момента 40/60 в пользу задней оси. Соответственно, смещен и весь диапазон работы частичной блокировки: от (front/rear) 53/47 до 29/71.
В целом, смещение номинального распределения момента между осями возможно в диапазоне от 65/35 до 35/65. Срабатывание частичной блокировки происходит при 20-30% разнице в передаваемых на оси моментах. Так же, подобная структура дифференциала делает его компактным, что в свою очередь, упрощает конструкцию и улучшает компоновку раздаточной коробки.
Вышеописанные torque sensitive дифференциалы очень популярны в автоспорте. Более того, многие производители устанавливают такие дифференциалы на свои модели штатно, как в качестве межосевых, так и межколёсных дифференциалов. Например, Тойота устанавливает такие дифференциалы как на легковые автомобили (Supra, Celica, Rav4, Lexus IS300, RX300 и. т. д), так и на внедорожники (4Runner / Hilux Surf, Land-Cruiser, Mega-Cruiser, Lexus GX470) и автобусы (Coaster Mini-Bus). Данные дифференциалы не требуют применения специальных присадок к маслу (в отличии от friction-based дифференциалов), однако лучше использовать качественное масло для нагруженных гипоидных передач.

Управление работой дифференциалов при помощи электронных систем контроля тормозных усилий (Traction Control и т. п.)

В современном автомобилестроении применяется всё больше и больше электронных систем контроля за движением автомобиля. Уже редко можно встретить автомобили, не оснащенные системой ABS (не дающей колёсам заблокироваться при торможении). Более того, уже с конца 80-х годов прошлого века передовые производители стали комплектовать свои флагманские модели системами контроля тяги и сцепления колёс — Traction Control. Например, Тойота установила систему Traction Control на Lexus LS400 в 1989 (90) году. Принцип работы такой системы прост: универсальные (так же обслуживают ABS) датчики вращения, установленные на контролируемых колёсах, фиксируют начало пробуксовки одного колеса оси относительно другого и система автоматически притормаживает забуксовавшее колесо, тем самым увеличивая на него нагрузку и вынуждая дифференциал отдать момент на колесо с хорошим сцеплением. При сильной пробуксовке, система так же может ограничивать подачу топлива в цилиндры. Работа такой системы очень эффективна, особенно на заднеприводных автомобилях. Как правило, при желании такую систему можно принудительно деактивировать кнопкой на приборной панели. Со временем, электронная система контроля тормозных усилий совершенствовалась и к ней добавлялись всё новые функции, работающие наряду с ABS и TRAC. (например управление разностью разблокировки рулевых колёс для более успешного прохождения поворотов). У всех производителей эти функции назывались по разному, однако смысл при этом оставался одинаковым. И вот, данные системы стали устанавливаться на полноприводные автомобили и внедорожники, причем в некоторых случаях они являются единственным средством контроля тяги и перераспределения крутящего момента между осями и колёсами (Mercedes ML, BMW X5). В случае, если внедорожник оснащен более серьёзными средствами распределения крутящего момента (жесткими блокировками и/или самоблокирующимися дифференциалами), то электронная система контроля тормозных усилий очень удачно дополняет эти средства. Хороший пример тому — великолепная управляемость и проходимость последнего поколения Тойотовских внедорожников 4Runner (Hilux Surf), Prado, Lexus GX470. Являясь представителями одной платформы, они обладают межосевым дифференциалом Torsen T-3 с возможностью жесткой блокировки, а так же электронной системой контроля тормозных усилий и тяги со множеством функций, помогающих водителю управлять автомобилем.
 

26 января 2012 в 00:56

Дифференциалы автомобилей

Сто с лишним лет назад впервые нашел применение на транспорте механизм, называемый дифференциалом. Француз Л. Болле оснастил им в 1878 году свой паровой автомобиль «Манселль», а годом позже англичанин Д. Старлей применил дифференциал для трехколесного велосипеда. В дальнейшем этот механизм стал неотъемлемой принадлежностью автомобиля.

Рис 1. — Конический дифференциал автомобиля ГАЗ—51: 1 — ведомая шестерня; 2, 7 — коробка дифференциала; 3, 6 — полуосевые шестерни; 4 — сателлиты; 5 — крестовина (ось) сателлитов.

Ведущие колеса проходят при движении на повороте или по неровной дороге разные расстояния. Если оба колеса получают от двигателя вращение с одинаковой скоростью, то одно из них в таких условиях непременно будет проскальзывать. Установленный между колесами дифференциал позволяет им делать разное число оборотов. Он может иметь либо конические шестерни (рис. 1), как у большей части автомобилей, либо цилиндрические (рис. 2). Работают оба одинаково.

На повороте внутреннее колесо и связанная с ним через полуось дифференциальная шестерня 3 проходят меньший путь и вращаются медленнее. В свою очередь, сателлиты 4 перекатываются по замедлившей вращение шестерне 3 и вращаются вокруг своих осей. При этом они сообщают дополнительную скорость вращения другой дифференциальной шестерне 6 и внешнему колесу. Работа дифференциала характеризуется двумя свойствами, определяющими его достоинства и недостатки.

Рис 2. — Цилиндрический дифференциал (позиции те же, что и на рис. 1).

Первое свойство таково, что сумма оборотов дифференциальных шестерен (и связанных с ними полуосей) равна удвоенному числу оборотов дифференциальной коробки (или, иными словами, ведомой шестерни главной передачи). Это означает, что, когда одно колесо неподвижно, другое начинает вращаться вдвое быстрее. А если остановить машину трансмиссионным тормозом, то есть сообщить дифференциальной коробке нулевое число оборотов, полуоси (следовательно, и колеса) будут вращаться с одинаковой скоростью в разные стороны. Этим свойством пользуются опытные водители легковых автомобилей, чтобы развернуть машину на месте, не прибегая к помощи руля.

Второе свойство — распределение между дифференциальными шестернями (полуосями) поступающего к ним крутящего момента в заданном соотношении. В большей части конструкций он распределяется поровну, и подобные дифференциалы называют симметричными. Соотношение делают и иным — пропорциональным нагрузке на колеса. В этом случае дифференциал называют несимметричным. Такой механизм можно встретить на тяжелом мотоцикле «Днепр—12» с ведущим колесом коляски (соотношение 63 и 37%).

Вернемся к хорошо знакомому всем автомобилистам симметричному дифференциалу заднего ведущего моста. В силу второго свойства, когда одно из колес машины буксует и из-за отсутствия сцепления с грунтом не передает крутящего момента, механизм неумолимо сообщает другому колесу такой же, то есть нулевой момент. При этом свободное от нагрузки буксующее колесо быстро набирает обороты, а колесо, находящееся на твердом грунте, в соответствии с первым свойством механизма уменьшает свою скорость вращения и в конце концов останавливается.

Как видим, второе свойство дифференциала обусловливает большой недостаток, который ограничивает проходимость автомобиля. Для его устранения применяется блокировка действия дифференциала в момент начала буксования колеса.

Рис 3. — Механизм блокировки межосевого дифференциала автомобиля ВАЗ—2121: 1 — ведомый вал, связанный с ведомой шестерней дифференциала; 2 — подвижная зубчатая муфта; 3 — коробка дифференциала; 4 — зубчатый венец ведомого вала.

Ручная блокировка (рис. 3) осуществляется кулачковой или зубчатой муфтой 2, которая соединяет коробку 3 дифференциала и одну из дифференциальных шестерен и связанную с ней полуось 1. Однако, каким бы ни был привод блокирующего устройства (механический, пневматический, электрический), момент включения его определяется опытом и квалификацией водителя, который должен своевременно почувствовать начало буксования. Подчас после преодоления трудного участка он забывает или запаздывает выключить блокировку. Отсюда повышенные износ шин, расход топлива, дополнительные нагрузки на детали трансмиссии.

Сложнее и дороже автоматические блокирующие устройства, но за последнее время они получают все более широкое распространение. Среди десятков конструкций наиболее известны два типа самоблокирующихся механизмов — кулачковый и фрикционный.

Рис 4. — Самоблокирующийся кулачковый дифференциал автомобиля ГАЗ—66: 1 — ведомая шестерня; 2 — коробка дифференциала; 3 — шлицевая обойма правой полуоси; 4 — сухарик; 5 — шлицевая обойма левой полуоси; 6 — крышка коробки дифференциала.

В кулачковом самоблокирующемся дифференциале (рис. 4) два ряда сухариков 4 находятся в сепараторе, который связан с крышкой коробки дифференциала. Размещенные между обоймами 3 и 5, каждая из которых посредством шлицев соединена со своей полуосью ведущего моста, сухарики могут перемещаться в окнах сепаратора под действием кулачков на обоймах 3 и 5.

Во время прямолинейного движения машины крутящий момент передается через ведомую шестерню 1 на крышку 6 коробки дифференциала и связанный с ней сепаратор, далее — на сухарики 4. Сухарики заклиниваются (сечение А—А на рис. 4) между кулачками обойм 3 и 5 и передают на них и, следовательно, на полуоси крутящий момент.

Как только одно из колес (то есть одна из полуосей и обойм 3 и 5) начнет пробуксовывать или «забегать» на повороте, соответствующая обойма поворачивается относительно другой так (сечение Б—Б), что сухарики 4 свободно, без заклинивания располагаются между их кулачками. Крутящий момент не передается, и обе обоймы (значит и оба колеса) могут поворачиваться независимо одна от другой. В следующий момент взаимное расположение обойм изменяется, и сухарики заклиниваются между ними, вновь передавая крутящий момент. В этой конструкции на поворотах и при буксовании происходят попеременно пульсирующая передача крутящего момента и взаимное проворачивание колес. Такой механизм нередко можно встретить на автомобилях повышенной проходимости.

Рис 5. — Самоблокирующийся фрикционный дифференциал «Дана»: 1 — фланец на коробке дифференциала для крепления ведомой шестерни; 2, 7 — шкворни крестовины; 3 — фрикцион; 4 — коробка дифференциала; 5 — обойма фрикциона; 6 — полуосевая шестерня; 8 — ось пальцев крестовин.

Фрикционные самоблокирующиеся дифференциалы (рис. 5), большую часть которых выпускает фирма «Дана» (США), работают на другом принципе. При движении по прямой они функционируют как обычные дифференциалы с коническими шестернями. Как только на повороте или в начале пробуксовки одно из колес и связанная с ними полуосевая шестерня 6 начинают проворачиваться относительно другого колеса и шестерни, при вращении сателлитов дифференциала возникают направленные в противоположные стороны усилия. Поскольку крестовина дифференциала «Дана» состоит из двух независимых шкворней 2 и 7, то под действием этих усилий концы шкворней, перемещаясь в фигурных пазах коробки 1 дифференциала, отодвигаются один от другого. При этом через сателлиты и скользящие на шлицах полуосевые шестерни 5 они сжимают пакет фрикционных дисков 3. Каждый из двух пакетов выполняет роль блокировочной тормозной муфты, которая притормаживает полуосевую шестерню относительно коробки дифференциала тем больше, чем выше осевое усилие, создаваемое шкворнями. А оно, в свою очередь, пропорционально степени взаимного поворота полуосевых шестерен, то есть колес.

Такие самоблокирующиеся дифференциалы, относительно сложные и дорогостоящие, применяют на легковых машинах, а также на гоночных и раллийных автомобилях.

Рис 6. — Межколесный симметричный конический неблокируемый дифференциал автомобиля «Руссо-Балт-С24-30» 1911 года. Принципиально конструкция узла за 70 лет не претерпела изменений: 1 — ведомая коническая шестерня; 2 — сателлит; 3 — дифференциальная шестерня; 4 — крестовина; 5 — коробка дифференциала; 6 — полуось.

Все эти разнообразные дифференциалы, конические и цилиндрические, симметричные и несимметричные, блокируемые и неблокируемые, могут быть использованы на автомобилях в качестве и межколесных и межосевых. Пока речь у нас шла о межколесных, которые применяются очень давно, и их базовая конструкция (рис. 6) за последние 70 лет мало изменилась. Распространение внедорожных автомобилей со всеми ведущими колесами, трехосных грузовиков с колесной формулой 6X4 вызвало к жизни в 30-е годы так называемые межосевые дифференциалы, устанавливаемые в раздаточной коробке или в одном из ведущих мостов.

Для чего нужен межосевой дифференциал? На легковом автомобиле повышенной проходимости (ВАЗ—2121), трехосном грузовике с колесной формулой 6X4 (ЗИЛ—133Г1, КамАЗ—5320), трехосном внедорожном грузовике со всеми ведущими колесами (ЗИЛ-131, «Урал—375Д», «Урал—4320») ведущие мосты могут работать в разных по сцеплению колес с дорогой условиях, перекатываться через неровности, проходя в один и тот же момент разный по длине путь. Это означает, что возможны вращение колес одного ведущего моста относительно колес другого и их пробуксовка. Следовательно, в трансмиссию таких машин необходимо включать дифференциал между ведущими мостами так же, как и между ведущими колесами, и по тем же причинам предусмотреть устройство для их блокирования.

Рис 7. — Межосевой несимметричный цилиндрический блокируемый дифференциал лесовозного автомобиля МАЗ—501: 1 — вал привода переднего моста; 2 — шлицевая муфта блокировки; 3 — шлицевой хвостовик коробки дифференциала; 4 — дифференциальная шестерня привода переднего моста; 5 — ведомая шестерня, объединенная с коробкой дифференциала; 6 — дифференциальная шестерня привода заднего моста; 7 — вал привода заднего моста; 8 — сателлит.

Для четырехосного внедорожного автомобиля могут потребоваться семь дифференциалов (четыре межколесных, два между парами ведущих мостов и один центральный) с устройствами для их блокировки. Это усложняет конструкцию, и, естественно, нередко возникает компромиссное решение. На двух- и трехосных машинах в большинстве случаев применяется один межосевой дифференциал. У ВАЗ—2121 (см. рис. 3), ЗИЛ—133Г1, КамАЗ—5320 он симметричный. Что же касается таких машин, как двухосные лесовозы МАЗ—501 и МАЗ—509, то у них нагрузка на заднюю ведущую ось при буксировке стволов деревьев вдвое больше, чем на переднюю. Поэтому межосевой несимметричный дифференциал (рис. 7) делит между мостами крутящий момент в соотношении 2:1.

Обратимся к устройству межосевых дифференциалов ЗИЛ—133Г1 (рис. 8) и КамАЗ—5320 (рис. 9). Разные по конструктивному выполнению, они одинаковы по принципиальному решению. У обеих машин ведущими являются два задних моста, объединенных в тележку. От коробки передач крутящий момент поступает к среднему ведущему мосту, в который вмонтирован симметричный блокируемый конический межосевой дифференциал. В обоих случаях для блокировки служит зубчатая муфта 8.

У ЗИЛ—133Г1 (см. рис. 8) и ЗИЛ—133ГЯ крутящий момент поступает через ведущий вал 9 и сидящую на его шлицах крестовину на коробку 4 межосевого дифференциала. Сателлиты 2 распределяют крутящий момент поровну между дифференциальными шестернями 1 и 5. От первой вращение передается на цилиндрический редуктор среднего моста и затем к коническим шестерням главной передачи. От второй — через шлицевое сочленение на вал привода заднего моста, который имеет свой цилиндрический редуктор и главную передачу с коническими шестернями. При смещении муфты 8 вправо дифференциальная шестерня 1 зубчатым венцом жестко соединяется через ведущий вал 9 и крестовину 3 с дифференциальной коробкой 4.

Рис 8. — Межосевой симметричный блокируемый конический дифференциал автомобиля ЗИЛ—133ГЯ: 1 — дифференциальная шестерня привода среднего ведущего моста; 2 — сателлит; 3 — крестовина; 4 — коробка дифференциала; 5 — дифференциальная шестерня привода заднего ведущего моста; 6 — вал привода заднего ведущего моста; 7 — ведущая коническая шестерня главной передачи среднего моста; 8 — муфта блокировки; 9 — ведущий вал привода среднего и заднего мостов.

На КамАЗ—5320, КамАЗ—5410 и КамАЗ—5511 (см. рис. 9) от коробки передач крутящий момент поступает на ведущий вал 9 (составляющий одно целое с передней половиной коробки 4 межосевого дифференциала), далее через крестовину 3 и сателлиты 2 он распределяется между дифференциальными шестернями 1 и 5. Первая из них соединена шлицами с хвостовиком ведущей конической шестерни в главной передаче среднего ведущего моста. К межколесному дифференциалу и полуосям вращение передается от главной передачи через цилиндрический редуктор. На задний же ведущий мост вращение от шестерни 5 передается связанным с ней шлицами валом 6.

Блокируется межосевой дифференциал смещением влево зубчатой муфты 8. Надвигаясь на зубчатый венец коробки 4 дифференциала, муфта замыкает ее с дифференциальной шестерней 1 и передает крутящий момент на задний ведущий мост, минуя межосевой дифференциал.

Применение межосевого дифференциала позволяет улучшить условия работы ведущих мостов, уменьшить износ покрышек, обеспечить более высокие тяговые качества на скользких дорогах, повысить проходимость по грунту. Включать механизм его блокировки на грузовиках следует, только когда автомобиль остановлен или движется с малой скоростью. Выключать же можно на ходу. На легковых машинах блокировать дифференциал можно на любой скорости.

Рис 9. — Межосевой симметричный блокируемый конический дифференциал автомобиля КамАЗ—5320 (позиции те же, что и на рис. 8).

Дифференциальный механизм, как уже было сказано, давно известная конструкция. И тем не менее верно служит доныне, и из десятков тысяч запатентованных изобретений и авторских свидетельств на механизмы подобного назначения, появившихся с тех пор, лишь немногие выдерживают испытание на практике. Червячные самоблокирующиеся дифференциалы, обгонные роликовые муфты и другие устройства на некоторое время получали определенное распространение, но быстро становились достоянием истории. Совсем недавно увидела свет очередная новинка — «гидравлический дифференциал». Его устанавливают на американских легковых автомобилях «Игл» с обоими ведущими мостами в раздаточной коробке, где он играет роль самоблокирующегося межосевого дифференциала. Это — гидромуфта, соединяющая два ведомых элемента — карданные валы ведущих мостов. Муфта заполнена синтетической жидкостью, рецепт которой держится в секрете. Физические свойства жидкости таковы, что при относительном проскальзывании половин гидромуфты вязкость ее начинает пропорционально увеличиваться до тех пор, пока этот состав не загустеет настолько, что блокирует пробуксовку половин муфты. К сожалению, пока нет достоверных данных о поведении жидкости при значительных перепадах температур, ее способности просачиваться через сальники, стоимости. Поэтому при всей заманчивости применения «гидравлического дифференциала» преждевременно делать многообещающие выводы.

А. ЗУБАРЕВ, инженер («За Рулем» №10, 1981)

Литература

В. И. Анохин. Отечественные автомобили. 4-е издание. М., «Машиностроение», 1977, стр. 359-362, 381-383, 393-395, 403-415.
Д. Б. Бутенко. Тяжелые мотоциклы. Устройство и эксплуатация. М., Воениздат, 1976, стр. 117-122, 252.
И. В. Гринченко, Р. А. Розов и др. Колесные автомобили высокой проходимости. М., «Машиностроение», 1967, стр. 95-102.
Н. Н. Коротоношко. Автомобили высокой проходимости. М., Машгиз, 1957, стр. 87-116.
А. С. Литвинов, Р. В. Ротенберг, А. К. Фрумкин. Шасси автомобиля. М., Машгиз, 1963, стр. 170-178, 230-257.
Ю. Мацкерле. Автомобиль сегодня и завтра (перевод с чешского). М.,  «Машиностроение», 1980, стр. 65-67, 333-337.
И. И. Селиванов. Автомобили и транспортные гусеничные машины высокой проходимости. М., «Наука», 1967, стр. 33-40, 45-56.

Поделиться в FacebookДобавить в TwitterДобавить в Telegram

Главная передача и дифференциал — назначение, устройство и типы

Главная передача

 Назначение главной передачи

Основное назначение главной передачи в трансмиссии — передача тяги двигателя к, так сказать, «конечному потребителю» – колесам. Если автомобиль заднеприводный, то тяга от коробки передач через карданный вал передается на главную передачу, а та, в свою очередь, перенаправляет поток мощности на колеса через полуоси (если задняя подвеска зависимая и имеет мост) или приводные валы с шарнирами равных угловых скоростей (об этом пойдет речь дальше). Если автомобиль переднеприводный, то главная передача через шестерню связана непосредственно с коробкой передач.

Есть такое понятие, как неразрезной мост. Означает оно то, что главная передача вместе с дифференциалом находятся в корпусе, к которому подсоединены или отлиты вместе с ним изначально два кожуха полуосей. Полуоси — это валы, соединяющие дифференциал и главную передачу с колесами. Данная конструкция является частью зависимой подвески автомобиля, так как жестко связывает правое и левое ведущие колеса. Полуось жестко связывает колесо и главную передачу, то есть при преодолении какоголибо препятствия весь мост перемещается вместе с колесами и всем содержимым. Убираем кожух полуосей, корпус главной передачи устанавливаем на кузов или подрамник, колеса с главной передачей соединяем с помощью приводных валов через шарниры равных угловых скоростей и получаем разрезной мост и независимую подвеску колес. Все это подробнее описано ниже в разделе «Устройство главной передачи» и представлено на рисунке 5.32.

Примечание
Главная передача служит для понижения числа оборотов, передаваемых от двигателя к колесам, и увеличения тягового усилия. Она обеспечивает передачу вращения с карданного вала на полуоси под углом 90° при классической компоновке автомобиля (о которой подробно рассказывается в главе 3). В главной передаче применяют шестеренчатые передачи, одинарные или двойные.

 Устройство главной передачи

Главная передача состоит из двух шестерен, а точнее, из конической шестерни (на рисунке 5.33 — ведущая шестерня) и конического колеса (на рисунке 5.33 — ведомое колесо).

Рисунок 5.33 Главная передача заднего неразрезного моста.

Шестерня является ведущим элементом (к ней подводится тяга от коробки передач и двигателя), а колесо —ведомым (принимает тягу от шестерни и перенаправляет под углом 90 градусов).

Шестерни изготавливают со спиральными зубьями, благодаря чему повышается прочность зубьев, увеличивается число зубьев, одновременно находящихся в зацеплении, и шестерни работают более плавно и бесшумно.

Кроме конической простой шестеренчатой передачи, у которой оси взаимно пересекаются, в легковых автомобилях применяют гипоидную передачу (показана на рисунке 5.34). В этой передаче зубья имеют специальный профиль и ось малой конической шестерни смещена вниз относительно центра большой шестерни на некоторое расстояние «S». Это дает возможность расположить карданный вал ниже и уменьшить высоту выпуклой верхней части туннеля для размещения вала в полу кузова, вследствие чего достигается более удобное размещение пассажиров в кузове. Кроме того, имеется возможность несколько снизить центр тяжести автомобиля и повысить его устойчивость при движении. Гипоидная передача обладает большей плавностью работы, более высокой прочностью зубьев и износоустойчивостью.

Примечание
Однако у гипоидной передачи есть одна неприятная особенность: порог заклинивания при обратном ходе. Расчеты данной передачи, конечно, исключают такую возможность, но всегда стоит помнить, что данную главную передачу может заклинить при превышении расчетных оборотов (при вращении в обратную сторону). Так что будьте осторожны с выбором скорости движения задним ходом.

Для гипоидной передачи необходимо применение смазки специальных сортов из-за большого давления между зубьями при работе и больших скоростей относительного скольжения между зубьями. Кроме того, требуется более высокая точность монтажа передачи.

Рисунок 5.34 Элементы главной передачи. Гипоидная передача.

Дифференциал

 Назначение дифференциала

Дифференциал позволяет катиться правому и левому ведущим колесам с различным числом оборотов при поворотах автомобиля и при движении по неровностям дороги.

При движении автомобиля на повороте (как показано на рисунке 5.35) внутреннее ведущее колесо его проходит меньший путь, чем наружное, и, для того чтобы обеспечить качение без буксования, оно должно вращаться медленнее, чем наружное колесо. Для того чтобы колеса могли вращаться с разным числом оборотов, их подсоединяют через приводные валы к дифференциалу, а уже дифференциал жестко связан с ведомым колесом главной передачи.

 Принцип работы дифференциала

Дифференциал состоит из (смотрите рисунок 5.33) полуосевых шестерен, сателлитов, оси сателлитов (которая может быть крестовидной, если сателлитов четыре) и корпуса. Полуосевые конические шестерни закреплены на внутренних концах полуосей, на наружных концах которых крепятся ведущие колеса. Сателлиты, представляющие собой малые конические шестерни, посажены свободно на оси.

Рисунок 5.x Схема работы дифференциала.

При движении автомобиля на повороте, внутреннее колесо проходит меньший путь и вследствие сцепления с дорогой начинает вращаться медленнее. При этом сателлиты, вращаясь, начинают перекатываться по замедлившей свое вращение полуосевой шестерне внутреннего колеса. В результате сателлиты начинают вращаться около своих осей, увеличивая число оборотов второй полуосевой шестерни и наружного колеса соответственно.

Примечание
При наличии дифференциала между количеством оборотов колес существует определенная зависимость, при которой сумма чисел оборотов колес всегда равна удвоенному числу оборотов коробки дифференциала, т. е. при уменьшении числа оборотов одного из колес число оборотов другого колеса на столько же увеличивается. При неподвижной коробке дифференциала, если вращается одно из колес, другое колесо будет вращаться в обратную сторону.

Однако работа дифференциала и результат положителен только в случае сухой дороги. В определенных условиях дифференциал может отрицательно повлиять на движение автомобиля.

Так, при попадании одного из колес на скользкое место (лед, грязь) колесо из-за недостаточного сцепления с дорогой начинает буксовать. При значительном ухудшении сцепления буксующего колеса с дорогой тяговое усилие на нем становится очень низким. При этом второе колесо, имеющее достаточное сцепление с дорогой, останавливается, так как вследствие свойства дифференциала распределять усилие между колесами поровну тяговое усилие на втором колесе также становится очень малым и недостаточным для движения автомобиля. Буксующее колесо вращается при этом с удвоенным числом оборотов, и автомобиль полностью останавливается.

Разновидности дифференциалов

Дифференциалы могут быть симметричными и не симметричными, а так же свободными или с возможностью блокировки.

Примечание
Дифференциал, распределяющий тягу от двигателя поровну между колесами или между осями, называется симметричным. Если же дифференциал межосевой (делит тягу от двигателя в полноприводном автомобиле между передней и задней осью), он может быть несимметричным, то есть на одну из осей передавать меньше тяги, чем на другую.

Если симметричное распределение не всегда играет на руку управляемости или проходимости автомобиля, значит эту проблему необходимо решить. Есть два пути:

1. Установить в главную передачу дифференциал с возможностью его блокировки.

Так появились дифференциалы с блокировкой. Процесс блокировки может быть отдан на откуп механическому приводу с выведением рычага управления в салон автомобиля или же передан в ведение электроники и может быть автоматическим полностью или же с управлением при помощи контроллеров в салоне автомобиля.

2. Установить дифференциал повышенного трения, который при усложнившихся дорожных ситуациях просто-напросто не позволит всей тяге «уйти» на колесо, потерявшее сцепление с поверхностью.

принцип работы блокировки механизма трансмиссии

Привод на одно колесо в автомобилях не применяется, минимум на два, расположенные на одной оси. Таким образом, возникает необходимость в механизме, распределяющем крутящий момент между ними. Та же задача появляется при попытке организовать полный привод, то есть связь между осями.

Содержание статьи:

Зачем в машине нужен дифференциал

Назначение дифференциала – передать вращение на оба колеса или обе оси, при этом позволить им вращаться с разной скоростью.

Если между колёсами обеспечить жёсткую связь, то в поворотах возникнут проблемы. Каждое колесо движется по своей дуге окружности с разными радиусами. Соответственно, путь они проходят различный, и скорость вращения будет отличаться.

При жёсткой посадке на единую ось резина начнёт пробуксовывать, машина крайне неохотно входить в повороты, а все механизмы трансмиссии будут испытывать запредельные перегрузки.

Это интересно: Карбюратор Солекс 21083 устройство и регулировка

Дифференциал развязывает ведущие колёса, позволяя им свободно менять скорость, при этом сохраняет передачу на них крутящего момента, разделив его в определяемом конструкцией соотношении.

Где находится

Межколёсные дифференциалы располагаются в одном картере с редуктором ведущего моста, а межосевые обычно внутри раздаточной коробки.

Смазываются они из единой с редуктором масляной ванны, иногда довольствуясь тем же маслом, что и гипоидная пара шестерён, но часто требуя дополнительных свойств от присадок, если конструкция подразумевает повышенное трение.

Из чего состоит

В состав самых распространённых дифференциалов входят:

• корпус (коробка) дифференциала, к которой прикладывается входящий момент через ведомую шестерню главной пары;
• шестерни полуосей, надеты на шлицы выходных валов, через них вращение передаётся на колёса;
• сателлиты, это небольшие шестерни, вращающиеся на осях, связанных с коробкой и входящие в зацепление с полуосевыми шестернями.

В коробке может быть два и более сателлитов, их количество зависит от величины нагрузки, передаваемой через редуктор. В самых распространённых случаях конических сателлитов легковых автомобилей их обычно два, для тяжёлых машин повышенной проходимости (джипов) количество возрастает до четырёх.

Принцип работы

Крутящий момент от двигателя через коробку передач передаётся на корпус дифференциала. У заднеприводных автомобилей посредством карданного вала, при переднем приводе дифференциал обычно устанавливается внутри КПП, образующей в таком случае моноблок трансмиссии, из которого наружу выходят уже шарнирные полуоси к колёсным ступицам.

Далее характер работы зависит от траектории движения и наличия достаточных сцепных свойств дорожного покрытия.

При прямолинейном движении

Когда автомобиль движется прямолинейно по гладкой поверхности с твёрдым сухим покрытием, обе полуоси вращаются с одинаковой угловой скоростью. Полуосевые шестерни находятся в покое одна относительно другой, весь дифференциал сильно похож на монолитную конструкцию.

Сателлиты, будучи связанными через свои зубья с обеими полуосевыми шестернями, относительно своих осей не вращаются. Момент распределяется поровну между осями, если дифференциал симметричный и свободный, то есть лишён блокировок. Впрочем, с блокировками в таком идеальном случае будет то же самое.

При повороте

В повороте, а это обычный режим работы дифференциала, поскольку идеальных прямых в природе не существует, одно из колёс всегда будет вращаться быстрее. Сателлиты придут в движение относительно своих осей, но связь между полуосевыми шестернями и корпусом не утратят. То есть момент продолжит передаваться от корпуса к колёсам, причём всё в том же соотношении 50/50.

Это очень любопытно рассмотреть с точки зрения мощности. Момент одинаков, а скорость у внешнего от поворота колеса больше, то есть и мощность на него передаётся пропорционально большая.

И это неудивительно, так как чем больше скорость, тем выше потери, которые компенсируются добавкой мощности. При этом ни малейших помех вращению колёс с разной скоростью создаваться не будет, в отличие от жёсткой связи.

При пробуксовке

Гораздо менее приятно дела обстоят в том случае, когда одно из колёс попало на относительно скользкий участок дороги и сорвалось в пробуксовку при разгоне. Сцепления с дорогой нет, а значит момент сопротивления покрытия резко падает. Но этот момент всегда равен тяговому, это закон физики. Значит и тяговый момент упадёт.

Свободный симметричный дифференциал делит тягу пополам между колёсами. Всегда 50/50. То есть при падении момента на одном до нуля, на втором он обнулится автоматически. Автомобиль начнёт терять скорость, а если речь идёт о трогании с места на льду или жидкой грязи, то он просто там и останется, не сумев выехать из засады.

Это надо знать: Что означает маркировка фар автомобиля

В этом главный недостаток свободного дифференциала. Он может передать усилие только то, которое способно переварить колесо, находящееся в худших условиях. Даже если второе будет на сухом чистом асфальте, автомобиль никуда не поедет. Вся энергия уйдет на быстрое и бесполезное вращение буксующего колеса.

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.

Неисправности

Свободный дифференциал достаточно надёжен и сам не сломается. Но его очень часто ломает водитель своими паническими действиями при буксовании автомобиля.

Дело в том, что шестерёнки дифференциала работают на подшипниках скольжения, причём самых простейших. Они не рассчитаны на долгое и тяжёлое вращение под нагрузкой, когда крутится только одно колесо.

Антифрикционные шайбы перегреваются, зубья изнашиваются, появляются люфты и стуки, а при резкой остановке колеса, внезапно попавшего на асфальт после раскрутки, ломаются оси сателлитов и шлицевые соединения.

Ремонт чаще всего заключается в замене коробки дифференциала в сборе. Иногда можно поставить ремкомплект из шестерён и пальца с новыми регулировочными шайбами. Совсем редко обходятся только регулировкой подбором шайб.

Обслуживание

ТО исправного дифференциала сводится к замене масла в редукторе или раздатке. Никаких регулировочных или иных сервисных операций не предусмотрено, только ремонт при износе и поломках. На самоблоках иногда потребуется восстановить величину предварительного натяга подбором пакета пружинных шайб.

Обычно все дифференциалы повышенного трения требуют применения специального масла типа LSD (Limited Slip), но сейчас лучшие универсальные масла уже обладают подобными свойствами, о чём указано на этикетке.

В любом случае, лучше руководствоваться инструкцией изготовителя конкретного изделия.

что это, значение, принцип работы

Задний мост — это элемент трансмиссии в задней части автомобиля передающий крутящий момент от кардана на задние колеса.

Функции заднего моста

Данный агрегат выполняет три задачи:

• Передает крутящий момент на ведущие колеса. Он увеличивает крутящий момент за счет понижающей передачи. Также он меняет плоскость вращения, позволяя коленвалу, вращающемуся вдоль оси авто, крутить колеса, оси вращения которых перпендикулярны кузову.

• Позволяет колесам вращаться с разными угловыми скоростями. Этот эффект достигается с помощью дифференциала, перераспределяющего крутящий момент. На внедорожниках добавлена возможность блокировки дифференциала, благодаря чему автомобиль может преодолеть сложный участок, на котором буксует одно из колес.

• Служит опорой для колес и задней части кузова. Балка заднего моста удерживает ведущие полуоси, а сам он крепится к кузову с помощью элементов подвески: тяг, пружин или рессор, амортизаторов.

Устройство заднего моста в авто

Конструкция агрегата показана на рисунке. Элементы заднего моста установлены в литом корпусе редуктора и балке. Система работает следующим образом:

• карданный вал, прикрученный к фланцу, вращает ось, на которой находится ведущая шестерня главной передачи;

• ведомая шестерня, которая расположена под углом 90 градусов к ведущей, вращается и приводит в движение сателлиты;

• сателлиты крутят шестерни полуосей, которые вращают колеса.

За счет разности диаметров шестерен угловая скорость уменьшается, а крутящий момент растет. Передаточное число главной передачи отличается на разных моделях автомобилей и колеблется в районе 4. На пикапах и фургонах он больше, на скоростных автомобилях меньше.

Применяются одинарные и двойные главные передачи, отличающиеся количеством шестерен. В заднем мосту могут применяться четыре типа зубчатых передач:

• Цилиндрические, оси вращения которых параллельны. Такие передачи имеют самый высокий КПД.

• Конические, с осями вращения, расположенными под углом (как правило, прямым). Их достоинство — неплохой КПД, недостаток — большой размер и вес.

• Червячные — компактные и бесшумные передачи с низким КПД. Не применяются на серийных легковых автомобилях и грузовиках.

• Гипоидные — легкие и небольшие шестерни с высоким КПД.

Кроме перечисленных деталей, задний мост может включать муфты и шестерни для автоматической или ручной блокировки дифференциала. Такие решения используются на внедорожниках и спецтехнике.

Кроме перечисленных деталей, в заднем мосту установлены подшипники качения, обеспечивающие свободное вращение шестерен и полуосей. Для снижения сопротивления вращению и продления срока службы агрегата, корпус редуктора наполнен трансмиссионным маслом. Для проверки его уровня, доливки и замены имеется специальная пробка, которая вкручивается в отверстие с резьбой по краям.

Во время эксплуатации автомобиля необходимо периодически контролировать уровень масла в заднем мосту и менять его с периодичностью, указанной в регламенте обслуживания.

Чтобы масло не вытекало, в местах выхода полуосей установлены сальники из маслостойкой резины или полимеров.

Что является функцией дифференциала в автомобиле?

Как и большинство компонентов транспортного средства, каждый из них выполняет определенную задачу, которая помогает ему двигаться. Возможно, вы слышали о дифференциале автомобиля, но что это такое и для чего он нужен?

Что такое дифференциал?

Дифференциал как часть переднего и / или заднего моста играет важную роль в поворотах вашего автомобиля. Дифференциал предназначен для привода пары колес, позволяя им вращаться с разной скоростью.Эта функция обеспечивает пропорциональную скорость вращения левого и правого колеса. Если внутренняя шина вращается на 15 оборотов в минуту меньше, чем при движении по прямой, то внешняя шина будет вращаться на 15 оборотов в минуту больше, чем при движении по прямой.

Например, когда ваш автомобиль поворачивает за угол, колесо снаружи должно двигаться быстрее, чем колесо внутри. Дифференциал распределяет равный крутящий момент на оба колеса. Это позволяет колесам реагировать на сопротивление или обеспечивать тягу, чтобы дать колесу большее сопротивление при меньшем вращении.Колесо с меньшим сопротивлением вращается быстрее.

Некоторые автомобили, 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 сконструированы иначе, поскольку ось и дифференциал в сборе расположены в узле моста трансмиссии или трансмиссии.

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. Ведущая шестерня, расположенная на конце приводного вала, входит в зацепление с коронной шестерней, которая затем передает мощность на обе оси через другой набор шестерен. Единственный недостаток его конструкции заключается в том, что когда одно колесо начинает проскальзывать, вся мощность передается на колесо с наименьшим сцеплением, что делает эту установку непригодной для скалолазания или скоростных гонок.

Limited-Slip похож 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 — последняя разработка в области дифференциальной техники. Вектор 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 ему возможность распределять мощность на каждое колесо в соответствии с данными.Эта опция обеспечивает максимальное сцепление с дорогой на поворотах, значительно повышая производительность.

Уход за дифференциалом

Регулярное техническое обслуживание любого транспортного средства — необходимость в замене масла, ремней, шлангов и других жидкостей. Дифференциальная жидкость не исключение. Дифференциальное масло применяется для смазки МКПП и дифференциалов. Это похоже на важность моторного масла для двигателя. Он играет жизненно важную роль в защите дифференциала и трансмиссии, позволяя им работать безопасно и плавно.

Отработанная жидкость дифференциала со временем загрязняется. Продолжать движение с загрязненной жидкостью опасно, так как это может привести к ненужному износу компонентов и необратимому повреждению. Признаки того, что ваш дифференциал нуждается в обслуживании:

• • Жужжание только при замедлении.
  • Вой или вой при разгоне на малых или больших скоростях.
  • Урчание или жужжание на скорости более 20 миль в час, но меняется при повороте.
  • Регулярный лязгающий звук каждые несколько футов или при начале движения.
  • Устойчивая вибрация, усиливающаяся с увеличением скорости автомобиля.

Запланируйте замену масла дифференциала, также известного как трансмиссионное масло, или замену масла в коробках передач через каждые 30 000 миль, но не более 60 000 миль, квалифицированным техником. Чистое свежее масло обеспечивает лучшую защиту дифференциала, что способствует более безопасной поездке. Как и любой другой компонент автомобиля, хорошо смазанные детали обеспечивают оптимальную производительность.

Обслуживание дифференциала

Ваш автомобиль или грузовик не смог бы далеко уехать, если бы не поворачивался.Смазочная жидкость внутри дифференциала отводит тепло от шестерен, продлевая срок их службы и удерживая вас на дороге. По вопросам технического обслуживания, включая замену масла, промывку тормозов или дифференциальное обслуживание, обращайтесь в Sun Auto Service! Мы специалисты по полному ремонту и обслуживанию автомобилей. Наши сертифицированные специалисты ASE прошли специальную подготовку по всем аспектам ухода за автомобилями всех марок и моделей легковых и легких грузовиков. У нас есть рейтинг A + от Better Business Bureau, и легко понять, почему.Мы гарантируем свою работу в письменной форме и выполняем только те услуги, которые вы разрешаете. Зачем идти к дилеру, если Sun Auto Service — альтернатива номер один? Запишитесь на прием для следующего технического обслуживания и узнайте, что делает Sun Auto Service лучшим выбором в сфере ухода за автомобилем.

Что такое дифференциал повышенного трения?

Если вы поклонник спортивных автомобилей или полноприводных автомобилей, то, возможно, вы слышали о дифференциале повышенного трения. Этот комплект, сокращенно называемый LSD, является частью системы привода автомобиля и предназначен для того, чтобы помочь двигателю более эффективно передавать свою мощность на дорогу, улучшая характеристики и управляемость автомобиля.

В общих чертах, дифференциал повышенного трения делает то, что он говорит, поскольку это устройство, ограничивающее количество пробуксовки, когда ведущие колеса теряют сцепление с дорогой при подаче мощности. LSD делает это путем перераспределения мощности двигателя на колеса с наибольшим сцеплением, либо с помощью механической системы, с помощью электроники, либо с помощью их комбинации.

• Что такое 4WD? Объяснение систем полного привода

Основным преимуществом оснащения автомобиля LSD является улучшение его управляемости, хотя это также полезная функция безопасности, поскольку она обеспечивает больший контроль над подачей мощности автомобилем.Вы часто найдете дифференциал повышенного трения, устанавливаемый на высокопроизводительные автомобили, которые обладают большой мощностью, которую в противном случае им было бы сложно добраться до дороги. Другие применения включают установку их на полноприводные автомобили, которые, вероятно, решат выехать на бездорожье и нуждаются в дополнительном сцеплении, которое эти дифференциалы могут помочь создать.

Механические дифференциалы дороги в разработке и установке, поэтому вы часто найдете их только на более дорогих моделях и версиях хэтчбека компактных семейных автомобилей.Однако с развитием автомобильной электроники некоторые производители теперь предлагают электронные дифференциалы, которые выполняют работу, аналогичную LSD, за счет использования датчиков скорости вращения колес, которые сообщают электронике автомобиля о необходимости притормозить вращающееся колесо, чтобы контролировать его. мощность автомобиля.

Хотите узнать больше? Читайте дальше, чтобы узнать об истории дифференциалов с ограниченным проскальзыванием, различных типах дифференциалов и их работе.

История дифференциала повышенного трения

Как и многие другие разработки дорожных автомобилей, происхождение LSD восходит к автоспорту.В 1930-х годах Фердинанд Порше поручил немецкой инженерной фирме ZF создать дифференциал, который помог бы уменьшить пробуксовку колес автомобилей Auto Union, участвовавших в Гран-при, поскольку их огромная выходная мощность легко превосходила сцепление, обеспечиваемое узкими шинами того времени.

Впоследствии преимущества этого типа дифференциала были использованы во внедорожниках, но дифференциал повышенного трения снова получил известность в 1960-х годах и в эпоху Muscle Car в США. Эти машины были построены во время гонки вооружений высокопроизводительных автомобилей между американскими производителями American Motors, Chrysler (и ее брендами Dodge и Plymouth), Ford (плюс Mercury) и General Motors (с ее брендами Buick, Chevrolet, Oldsmobile и Pontiac).

• Как заменить автомобильный аккумулятор и выбрать подходящий аккумулятор для вашего автомобиля

Но из-за растущей выходной мощности двигателей V8 и невысокой сложности трансмиссии дифференциал повышенного трения (также известный как «posi», или positraction, diff) помогли автомобилям набрать тягу, когда другие просто раскрутили бы их в облаке дыма от шин, и это стало желательным квадратом, который нужно отметить при указании вашего маслкара.

С тех пор дифференциал повышенного трения стал более сложным и дополнен более совершенными электронными системами управления, а также предлагаются различные типы LSD в зависимости от того, для чего они вам нужны.Механический дифференциал по-прежнему является желательным дополнением к заднеприводным спортивным автомобилям, и хорошо разработанные системы по-прежнему будут предлагать лучшие отклики, чем любая электронная альтернатива.

На горячих хэтчбеках с передним приводом LSD помогает свести к минимуму нежелательное управление крутящим моментом, поскольку передние колеса должны справляться с рулевым управлением, а также с понижением мощности, в то время как внедрение более продвинутой электроники помогает передним колесам справляться с этим. выходная мощность, о которой еще десять лет назад не было слышно. Для полноприводных автомобилей дифференциал повышенного трения выполняет особую задачу по передаче мощности в угол автомобиля с максимальным сцеплением с дорогой, а самые сложные системы могут использоваться в сочетании с блокировкой дифференциалов для повышения скорости автомобиля. дорожная способность.

Как работает дифференциал повышенного трения?

Принцип дифференциала повышенного трения заключается в том, что он предлагает больший контроль над подачей мощности, чем обычный «открытый» дифференциал. Открытый дифференциал использует шестерни, чтобы колеса вращались с разной скоростью при прохождении поворотов, но когда подается много мощности, открытый дифференциал легко преодолевается ее подачей. Когда мощность поступает на колеса, он ищет путь наименьшего сопротивления, что в данном случае означает шину с наименьшим сцеплением.Если вам тяжело управлять дроссельной заслонкой в ​​мощной машине, это может означать, что вся мощность испаряется в облаке дыма, когда ненагруженная шина вращается, в то время как другая шина продолжает сцепление.

Добавьте LSD и дополнительные механизмы — обычно в виде узла сцепления, кулачков или даже системы с вязкой жидкостью, которая является частью дифференциала — противодействуют этому естественному потоку мощности, чтобы перераспределить крутящий момент двигателя на колеса с наибольшей отдачей. схватить. В результате уменьшается пробуксовка ненагруженной шины, и мощность автомобиля передается более эффективно, что улучшает сцепление с дорогой и, следовательно, характеристики поворота и ускорения.

• Беспилотные автомобили: все, что вам нужно знать

Существуют различные типы дифференциалов повышенного трения, и какой из них использует автомобиль, будет зависеть от используемой системы привода. На заднеприводных и полноприводных автомобилях может использоваться двусторонний LSD. Это означает, что LSD будет иметь эффект при подаче мощности, а также при замедлении, что означает постоянное ощущение автомобиля.

LSD с односторонним движением лучше подходит для автомобилей с передним приводом, потому что это будет иметь ограничивающий эффект только при ускорении.При замедлении LSD неактивен, что помогает при отключении мощности, потому что двухсторонний дифференциал имеет тенденцию вводить недостаточную поворачиваемость в систему привода.

Между этими двумя находится 1,5-позиционный LSD. Это дает эффект LSD при ускорении и при замедлении, но величина скольжения не одинакова в обоих направлениях, поэтому в одном направлении эффект меньше, чем в другом. Это может быть более полезным, чем односторонний LSD, потому что он по-прежнему позволяет автомобилю использовать торможение двигателем при замедлении.

Другой тип LSD — это чувствительный к крутящему моменту дифференциал. Это особый тип дифференциала, известный под названием «дифференциал Torsen», который используется полноприводными автомобилями для разделения мощности между передней и задней осями. Одним из первых серийных автомобилей, в которых использовался дифференциал Torsen, был Audi Quattro, и эта система помогла ему доминировать в ралли в начале 1980-х годов.

Другие типы LSD

Стремясь снизить производственные затраты, некоторые автопроизводители придумали альтернативы дифференциалу повышенного трения, которые обеспечивают аналогичный эффект.Вязкий LSD использует густое масло для создания эффекта ограниченного скольжения, хотя эта система может изнашиваться быстрее, чем механический LSD, при этом масло может нагреваться и терять свою эффективность.

Достижения в области электроники позволили автопроизводителям имитировать действие LSD с помощью датчиков для достижения эффекта. Некоторые системы оснащены обычным дифференциалом со сцеплением в стиле LSD, но его действие контролируется компьютером. Это может быть адаптировано к требованиям, в том числе водителем с помощью переключаемых режимов движения.

Другой вариант — полностью электронный дифференциал или e-diff. У них будет обычный открытый дифференциал без компонентов LSD, и вместо этого электроника автомобиля будет полагаться на датчики скорости вращения колес и систему ABS автомобиля для обнаружения ранних стадий пробуксовки колес и использовать тормозную систему автомобиля для ограничения крутящего момента, передаваемого на колесо, которое теряет тягу. Это очень эффективная система, а ее усовершенствованием является векторизация крутящего момента, которая активно распределяет мощность на колеса с максимальным сцеплением.

Понравилась эта техническая деталь? Тогда почему бы не прочитать нашу подробную статью о ESP и ESC.

Объяснение каждого типа автомобильного дифференциала — Характеристика — Автомобиль и водитель

Роберт Кериан

Из номера за октябрь 2015 г.

Открытый дифференциал

Что он делает
Разделяет крутящий момент двигателя на два выхода, каждый из которых может вращаться с разной скоростью.

Недостатки
Когда одна шина теряет сцепление с дорогой, противоположная шина также испытывает снижение крутящего момента. В худшем случае ваша машина застрянет, и одно колесо будет свободно вращаться, а шина с лучшим сцеплением не сможет обеспечить достаточный крутящий момент для трогания с места. Современные противобуксовочные системы компенсируют проскальзывание колеса тормозом (и, следовательно, противодействующим крутящим моментом). Тем не менее, более сложный дифференциал обычно более быстрый и эффективный, чем этот тип.

Найдено в
Все, что не претендует на характеристики или внедорожные способности — семейные седаны, кроссоверы, минивэны, автомобили эконом-класса и т. Д.

Блокировка дифференциала

Что он делает
Когда дифференциал заблокирован, подключенные колеса всегда вращаются с одинаковой скоростью. На песке, грязи и снегу заблокированный дифференциал гарантирует, что крутящий момент продолжает поступать на колесо с более высоким тяговым усилием.

Недостатки
В незаблокированном состоянии ведет себя как открытый дифференциал.Блокировка дифференциала на поверхности с высоким сцеплением, например на сухом асфальте, затрудняет поворот автомобиля и может привести к взрыву трансмиссии.

Найдено в
Jeep Wrangler, Mercedes-Benz G-class, Ram 2500 Power Wagon; опция на большинстве полноразмерных грузовиков.

Дифференциал повышенного трения

Что он делает
Дифференциал повышенного трения сочетает в себе концепции открытого и заблокированного дифференциалов, большую часть времени работает как открытый дифференциал, а затем автоматически начинает блокироваться при возникновении пробуксовки.Блокировка может быть достигнута с помощью вязкой жидкости, пакета сцепления или сложной зубчатой ​​передачи.

Недостатки
Механические дифференциалы повышенного трения являются реактивными. То есть они не начинают блокироваться до тех пор, пока не произойдет проскальзывание колес.

Обнаружен в
Nissan 370Z со Спорт пакетом (вязкостный), Mazda MX-5 Miata (типа сцепления), Scion FR-S / Subaru BRZ (косозубые шестерни).

---

---

Дифференциал повышенного трения с электронным управлением

Что он делает
Блок сцепления с электронным управлением предлагает реостатный контроль между открытием и полностью заблокированным режимом, с регулировками, производимыми сотни раз в секунду.Например, если компьютер определяет слишком большую избыточную поворачиваемость во время поворота, он может увеличить блокировку, чтобы стабилизировать автомобиль.

Недостатки
Как и в случае обычного дифференциала повышенного трения, крутящий момент смещен в сторону более медленного колеса.

Найдено в
BMW M3 и M4, Cadillac ATS-V и CTS-V, Chevrolet Corvette с пакетом Z51, Ferrari 488GTB.

Дифференциал с вектором крутящего момента

Что он делает
Используя дополнительные зубчатые передачи для разгона полуосей, дифференциалы с векторизацией крутящего момента точно регулируют крутящий момент, передаваемый на каждое ведущее колесо.Это создает момент рыскания, который может замедлить или ускорить поворот автомобиля в повороте. Все еще не понимаете? Прочтите эту проклятую историю.

Недостатки
Дифференциалы с вектором крутящего момента тяжелые, сложные и дорогие, а также имеют небольшое снижение расхода топлива.

Найдено в
Audi S4, S5 и S6; BMW X5 M и X6 M; Лексус RC F.

Этот контент создается и поддерживается третьей стороной и импортируется на эту страницу, чтобы помочь пользователям указать свои адреса электронной почты.Вы можете найти больше информации об этом и подобном контенте на сайте piano.io.

Дифференциальный блок

Дифференциальный блок:

Дифференциалы — это разновидность коробки передач, которая почти всегда используется в один из двух способов. В одном из них он получает один ввод и предоставляет два выходы; это есть в каждом автомобиле. В автомобилях и других колесных транспортных средств, дифференциал позволяет каждому из ведущих колес вращаться на разные скорости, обеспечивая при этом равный крутящий момент для каждого из них.В другом, реже встречается, он объединяет два ввода для создания вывода, который сумма (или разность) входов. В автомобильной промышленности дифференциал и его корпус иногда собирательно называют «тыквой» (потому что корпус напоминает тыкву).

Назначение: —

Коробка передач дифференциала выполняет следующие функции:

· Избегайте заноса задних колес на дороге превращение.

· Уменьшает скорость внутренних колес и увеличивает скорость внешних колес при рисовании кривой.

· Сохраняет равные скорости всех колес при движении по прямой дороге.

· Устраняет одну жесткую заднюю ось и обеспечивает муфта между двумя задними мостами.




Следующее описание дифференциала относится к «традиционные» заднеприводные или переднеприводные легковые автомобили или грузовики:

Питание подается от двигателя через трансмиссию или коробки передач, к ведущему валу, называемому карданным валом, который движется к дифференциал. На конце карданного вала установлена ​​шестерня со спиральной конической шестерней. заключен в сам дифференциал, и он входит в зацепление с большой спиралью коническая коронная шестерня, называемая коронным колесом.Кольцо и шестерня могут зацепиться в гипоидном ориентация.

Зубчатый венец прикреплен к держателю, который удерживает то, что иногда называемый пауком, группа из четырех конических шестерен в прямоугольнике, поэтому каждая коническая шестерня входит в зацепление с двумя соседями и вращается против третьей, которая он обращен лицом и не зацепляется. Две из этих зубчатых звездочек выровнены на та же ось, что и коронная шестерня, и привод полуоси, соединенные с автомобилем ведущие колеса.

Это так называемые боковые шестерни. Две другие шестерни паука выровнены по перпендикулярной оси, которая меняет ориентацию с кольцом вращение шестерни. Эти две шестерни просто называются ведущими шестернями, а не перепутал с главной ведущей шестерней. (В других конструкциях пауков используются разные количество ведущих шестерен в зависимости от требований к долговечности.)

По мере вращения носителя изменение ориентации оси шестерни передает движение зубчатого венца движению стороны шестерни, нажимая на них, а не поворачиваясь против них (то есть одно и то же зубья остаются в контакте), но поскольку зубчатые колеса не ограничены вращаясь друг против друга, в этом движении боковые шестерни могут вращаться в противоположных направлениях относительно зубчатого венца и друг друга под одной и той же силой (в этом случае одни и те же зубы не контактируют).

Так, например, если машина поворачивает направо, главная коронная шестерня может сделать 10 полных оборотов. За это время левое колесо будет делать больше оборотов, потому что ему нужно двигаться дальше, и правое колесо будет делать меньше вращений, так как у него меньшее расстояние для перемещения. Боковые передачи будет вращаться в противоположных направлениях относительно зубчатого венца, скажем, на 2 полных поворачивает каждый (4 полных оборота друг относительно друга), в результате чего левое колесо совершает 12 оборотов, а правое колесо делает 8 оборотов.

Вращение зубчатого венца всегда среднее вращения боковых шестерен. Вот почему, если колеса сняты с заземлите при выключенном двигателе, а ведущий вал удерживается (предотвращая шестерня от поворота внутри дифференциала), вращение одного колеса вручную вызывает другой вращается в противоположном направлении на ту же величину.

Когда транспортное средство движется по прямой линии, не должно быть дифференциального движения планетарной системы шестерен, кроме минутные движения, необходимые для компенсации небольших различий в колесе диаметр, неровности дороги (которые делают колесо длиннее или короче) путь) и т. д.




Типы дифференциалов в автомобилях

Что делают дифференциалы

Дифференциал — это потрясающая автомобильная техника. Хотя разные автопроизводители используют разные типы дифференциалов, все они служат одной цели. Они учитывают разницу в скорости между двумя выходными валами.Они могут позволить двум колесам на одной оси вращаться с разной скоростью или, в приложениях AWD или 4WD, они позволяют передним и задним колесам вращаться с разной скоростью.

Некоторые дифференциалы представляют собой дифференциалы повышенного трения, которые предотвращают вращение двух колес с разной скоростью. Это помогает в ситуациях с низким сцеплением. Дифференциалы повышенного трения являются неотъемлемой частью многих систем полного привода.

Мы объясним, почему вы можете захотеть, чтобы ваши колеса вращались с разной скоростью, как работает дифференциал и какие бывают типы.

Почему автомобили отличаются друг от друга: разница в скорости колес

Как упоминалось выше, дифференциал позволяет колесам по обе стороны от ведомой оси вращаться с разной скоростью. Если бы вы ехали только по прямой, в этом не было бы необходимости, и вы могли бы вставить прочный вал между двумя колесами. Однако это сделало бы поворот очень трудным из-за явления, известного как рулевое управление Акермана.

За поворот внешние колеса преодолевают большее расстояние, чем внутренние.Представьте, что вы и группа друзей держитесь за руки, образуя горизонтальную линию. А теперь представьте, что вы и ваш друг идете по цепи по прямой. Вы все преодолеете одинаковое расстояние за одно и то же время. Теперь представьте, что вы решили повернуть, сохранив прямую линию. Ваш друг, находящийся внутри очереди, преодолеет гораздо меньшее расстояние, чем ваш друг, находящийся вне очереди. Эти два представляют собой внутреннюю и внешнюю шины соответственно.

Они преодолевают разное расстояние за одно и то же время.Если вы помните уроки физики в средней школе, вы знаете, что скорость — это расстояние, разделенное на время. Поскольку внешняя шина проходит большее расстояние за то же время, она должна ехать быстрее.

Существует также разница в скорости вращения колес от передней части к задней части автомобиля. На автомобилях с 2-х осевым приводом эта разница не имеет значения, поскольку неуправляемые колеса вращаются свободно. Однако в 4WD или AWD передние и задние колеса вращаются вместе. Системы постоянного и полного привода устанавливают дифференциал между двумя комплектами осей (чтобы узнать больше о AWD и 4WD, см. ознакомьтесь с нашей статьей на эту тему).Это потому, что в повороте задние колеса проходят большее расстояние, чем передние.

Теперь, когда вы знаете, зачем нужны дифференциалы, давайте поговорим о том, как они работают. Начнем с самого простого: открытого дифференциала.




различных типов дифференциалов

Как работает открытый дифференциал

Внутри крышки дифференциала вы найдете дифференциал. Он состоит из корпуса с зубчатым венцом и шестерен (и / или других механических частей) внутри корпуса.В автомобиле с задним приводом он получает мощность от конической шестерни на конце приводного вала и передает ее на два колеса, позволяя им вращаться с разной скоростью. В автомобилях с передним приводом и полным приводом передний дифференциал может быть размещен в трансмиссии как часть так называемой трансмиссии. Там выход трансмиссии поворачивает непосредственно корпус переднего дифференциала.

Открытый дифференциал имеет шестерни, называемые крестовинами, которые соединены непосредственно с корпусом дифференциала.Они зацепляются с шестерней на конце каждой оси. При нормальной работе при движении по прямой эти крестовины двигаются вперед вместе с корпусом и толкают ось вперед. Звездочки не вращаются вокруг своей оси при движении по прямой.

В повороте, когда одно колесо должно вращаться быстрее, шестерня на конце его оси начинает вращаться быстрее. Шестерни крестовины позволяют это путем поворота. Когда они поворачиваются, они движутся вперед через более медленную ось. Это означает, что более быстрая ведущая передача может двигаться вперед относительно более медленной ведущей оси.Это хорошо для того, чтобы колеса могли двигаться с разной скоростью, что делает поворот плавным.

Тем не менее, такое свободное передвижение становится помехой в ситуации поскользнуться. Допустим, одно из ваших ведущих колес на льду и очень быстро крутится. Механическая сила всегда идет самым легким путем, поэтому она переходит к прялке. Трение между колесом и шиной, то, что мы обычно называем тягой, не дает колесу вращаться. Зубчатые шестерни позволяют вращающейся ведущей оси продолжать вращаться вперед вокруг другой ведущей оси.Скользкое колесо будет продолжать вращаться, а колесо с тягой не будет вращаться, и вы застрянете или попадете в занос, в зависимости от ситуации, в которой вы оказались, когда столкнулись со льдом.

Чтобы предотвратить проблемы с тягой открытых дифференциалов, инженеры изобрели дифференциалы повышенного трения. У дифференциалов повышенного трения есть способ задействовать колесо, которое имеет тягу, и передать мощность на это колесо. Существует несколько различных способов решения этой задачи, в результате которых создается ряд типов дифференциалов повышенного трения.

Как работают различные типы дифференциалов блока сцепления

Во многих дифференциалах повышенного трения используются блоки сцепления для зацепления обеих осей с картером дифференциала. Эти дифференциалы более или менее похожи на открытый дифференциал с ведущими шестернями и крестовинами. Однако в этом случае между каждой осью и корпусом есть блоки сцепления. Один из способов включения сцеплений — это использование пружины или ряда пружин между двумя осевыми шестернями, чтобы протолкнуть шестерни в пакеты сцепления.При прямолинейном движении шестерни входят в зацепление с пакетами сцепления и вращаются вместе с корпусом дифференциала. При повороте колеса могут вращаться с разной скоростью, если крутящий момент на одном колесе способен преодолевать силу сцепления и пружины (ей). Эта установка хорошо известна по ее использованию в системе GM Positraction. Это настолько распространено, что многие люди небрежно назовут любой дифференциал повышенного трения «Posi». Даже если одно колесо вращается, другое все равно связано с корпусом дифференциала и получает мощность.

В другом типе дифференциала повышенного трения с муфтой сцепления используются нажимные кольца. Шестерни крестовины вместо того, чтобы быть соединенными с корпусом, находятся на валу, который находится между двумя прижимными кольцами. Каждое нажимное кольцо может вдавливаться в муфту с обеих сторон дифференциала. На нажимных кольцах имеется паз в том месте, где находится вал крестовины. Паз позволяет ограничить движение вала. Одно колесо может вращаться быстрее другого, но только до тех пор, пока вал крестовины не достигнет предела своей выемки.Когда вал достигает этой точки, сила слегка раздвигает нажимные кольца, что толкает их в пакеты сцепления. Тогда обе ведущие шестерни войдут в зацепление с картером дифференциала, и оба колеса начнут вращаться вместе.

Насечка может быть оформлена по-разному для достижения разных эффектов. В одностороннем дифференциале повышенного трения выемка имеет треугольную форму и позволяет только валу крестовины двигаться вперед. Это означает, что дифференциал блокируется только при ускорении.Двусторонний дифференциал повышенного трения имеет ромбовидную выемку, которая позволяет валу двигаться вперед или назад. Это означает, что он может срабатывать и во время замедления. Также существует так называемый 1,5-ступенчатый дифференциал. Это означает, что выемка длиннее в прямом направлении. Для блокировки дифференциала при ускорении требуется больше силы, чем при замедлении.

Некоторые автопроизводители используют дифференциалы с электронным управлением. Обычно это дифференциалы пакета сцепления, когда сцепление включается сигналом с компьютера транспортного средства, если проскальзывание колеса указывается разницей в показаниях датчиков скорости колес.

Принцип работы дифференциала планетарной передачи

Другой способ создания дифференциала повышенного трения — использование планетарных передач. В базовой системе оси соединены с солнечной шестерней. Планетарные шестерни каждого набора несколько выступают и могут зацепляться друг с другом. Колеса могут вращаться отдельно до точки, в которой планетарные шестерни входят в зацепление друг с другом и блокируют две оси вместе.

Дифференциал с косозубой шестерней

Более сложный вариант этой идеи — косозубый дифференциал.Эта система хорошо известна под торговой маркой Torsen. Audi часто использует дифференциалы Torsen.

В дифференциале Torsen каждая ось заканчивается винтовой червячной передачей. На каждой червячной передаче едет набор цилиндрических червячных колес, соединенных с корпусом дифференциала. Червячные колеса заканчиваются прямозубыми шестернями, которые входят в зацепление друг с другом. Червячные передачи могут заставить червячные колеса вращаться вокруг своей оси, но червячные колеса не могут заставить червячные передачи вращаться. При прямолинейном движении корпус поворачивается вперед, и червячные колеса вращают червячные передачи.При этом червячные колеса не вращаются вокруг своих осей.

В повороте одно колесо вращается медленнее, чем корпус дифференциала. В этом случае червячная передача на этой оси поворачивает червячное колесо назад, поскольку червячное колесо и корпус движутся вперед по червячной передаче. Другое колесо вращается быстрее, чем корпус, поэтому червячная передача поворачивает червячное колесо вперед. Две прямозубые шестерни вращаются в противоположных направлениях, что не вызывает заедания.

Если одно колесо пробуксовывает, то, как и внешнее колесо при повороте, его червячная передача будет вращаться вперед, а червячное колесо — вперед.За исключением того, что в этом случае колесо с тягой не движется назад относительно корпуса. Это означает, что червячное колесо не вращается. Таким образом, червячное колесо вращающейся оси хочет зацепить червячное колесо другой оси, что, в свою очередь, заставит его зацепиться с червячной передачей другой оси. Однако помните, что червячное колесо не может вращать червячную передачу. Это блокирует все вместе и заставляет корпус вращать обе червячные шестерни и обе оси вместе. Это придает крутящий момент колесу с тягой.

Дифференциалы с жидкостью: вязкостные муфты

Некоторые дифференциалы могут использовать жидкость для соединения двух осей. Один тип вязкостной муфты, обычно используемый Subaru, использует ряд ребер и дисков для перемещения жидкости. Одна ось соединена напрямую с корпусом дифференциала. Внутри корпуса есть несколько ребер. Другая ось имеет ряд дисков, которые находятся между плавниками, но не касаются их. Гидравлическая жидкость заполняет пространство между дисками и ребрами в корпусе.Обычно жидкость заставляет ребра и диски вращаться с одинаковой скоростью, в результате чего два колеса вращаются с одинаковой скоростью. В повороте колеса могут вращаться с разной скоростью, потому что жидкость создает лишь ограниченное трение. Однако, если одно колесо начинает вращаться, вращающиеся диски или ребра ускоряют поток жидкости, что увеличивает вязкость или толщину жидкости. Это оказывает большую силу на ребра или диски (в зависимости от того, какие из них связаны с колесом с тягой) и заставляет их вращаться вместе с подключенной осью, передавая мощность на колесо с тягой.

Другой способ добиться подобного эффекта — использовать геороторные насосы. По сути, ведущая ось действует как ротор в насосе для создания гидравлического давления. Это давление может привести в движение шестерню другой оси. Джип иногда использовал эту систему.

Блокировка дифференциала

Некоторые автомобили, обычно грузовики, предназначенные для бездорожья, используют регулируемые дифференциалы блокировки. Эти дифференциалы очень похожи на дифференциалы повышенного трения с муфтой сцепления.Однако при выборе блокировки дифференциала водитель может выбрать блокировку дифференциала. Сжатый воздух, кабель или электронные соленоиды входят в зацепление с блоками сцепления.

Катушки

Золотник — это вообще не дифференциал. Это создает жесткую связь между двумя колесами. Это упрощает отключение питания, но является серьезным препятствием для поворота. Золотники — это улучшенная производительность, предназначенная для линейной скорости. Они идеально подходят для дрэг-рейсинга и мало пригодны для езды по дороге.

Дифференциалы повышенного трения в полноприводных и полноприводных моделях

Как упоминалось выше, во многих системах полного привода и полного привода используется дифференциал повышенного трения, позволяющий передним и задним колесам вращаться с разной скоростью. В этих системах использовались многие типы дифференциалов. Внутреннее устройство остается таким же, как описано выше, но валы ведут к переднему и заднему дифференциалам, а не к двум колесам на одной оси.

13.1.2.2 Дифференциальный привод

13.1.2.2 Дифференциальный привод

13.1.2.2 Дифференциальный привод

Большинство домашних мобильных роботов не двигаются как машина. Например, рассмотрим платформу мобильной робототехники, показанную на рисунке 13.2а. Это пример самого популярного способа управлять домашними мобильными роботами. Есть два основных колеса, каждое из которых прикреплен к собственному мотору. Третье колесо (не видно на рисунке). 13.2а) размещается сзади, чтобы пассивно катиться по предотвращая падение робота.

Рисунок 13.2: (а) Pioneer 3-DX8 (любезно предоставлено ActivMedia Robotics: MobileRobots.com) и многих других мобильных роботов. использовать дифференциальный привод. В дополнение к двум ведущим колесам, колесико (как на дне офисного стула) помещается в сзади по центру, чтобы робот не опрокинулся. (б) параметры обычного робота с дифференциальным приводом.

Рисунок 13.3: (а) Чистый перевод происходит, когда оба колеса движутся с одинаковой угловой скоростью; (б) чистое вращение возникает, когда колеса движутся с противоположными скоростями.

Построить простую модель ограничений, возникающих из дифференциальный привод, только расстояние между двумя колесами, и радиус колеса, необходимы. См. Рисунок 13.2b. Вектор действия напрямую задает две угловые скорости вращения колеса (например, в радианах на второй). Рассмотрим, как движется робот, по разным действиям. применяемый. См. Рисунок 13.3. Если , потом робот движется вперед в направлении, указанном колесами.Скорость пропорциональна. В общем, если, то расстояние, пройденное за время, равно (потому что это полное угловое смещение колес). Если , то робот вращается по часовой стрелке, потому что колеса вращаются в противоположных направлениях. Это мотивирует размещение исходной точки кузов-рама в центре оси между колеса. При таком назначении перевода не происходит, если колеса вращаются с той же скоростью, но в противоположных направлениях.

На основании этих наблюдений уравнение перехода конфигурации имеет вид

(13.16)


Переводная часть содержит и части точно так же, как и простой автомобиль, потому что дифференциальный привод движется в направление, в котором указывают его ведущие колеса. Скорость перевода зависит от средней угловой скорости колеса. Чтобы увидеть это, рассмотрим случай, когда одно колесо зафиксировано, а другое вращается. Это первоначально заставляет робота переводить со скоростью в сравнение с обоими вращающимися колесами. Скорость вращения пропорциональна изменению угловой скорости вращения колес.Робот скорость вращения растет линейно с радиусом колеса, но уменьшается линейно по отношению к расстоянию между колесами.

Иногда предпочтительнее трансформировать пространство действия. Позволять и . В таком случае, можно интерпретировать как переменную действия, что означает « переводить » и означает « вращать ». Используя эти действия, уравнение перехода конфигурации принимает вид

(13,17)


В таком виде уравнение перехода конфигурации напоминает (13.15) для простой машины (попробуйте установить и ). Дифференциальный привод может легко смоделировать движения простой машины. Для дифференциального привода, скорость вращения можно установить независимо от поступательного скорость. Однако у простой машины скорость появляется в то выражение. Следовательно, скорость вращения зависит от поступательная скорость.

Рисунок 13.4: Кратчайший путь, пройденный центр оси — это просто отрезок линии, соединяющий начальную и позиции ворот в самолете.Ротации кажутся бесплатными.

Напомним заданный вопрос о кратчайших путях для Ридс-Шеппа и Машины Дубина. Такой же вопрос получается по дифференциальному приводу быть неинтересным, потому что дифференциальный привод может вызвать центр его оси, чтобы следовать любой непрерывной траектории в . В виде изображенный на рисунке 13.4, он может перемещаться между любыми двумя конфигурации: 1) сначала вращается так, чтобы колеса указывали на позиция цели, которая не вызывает перевода; 2) переводится на позиция ворот; и 3) поворачиваясь в желаемую ориентацию, что снова не вызывает перевода.Общее расстояние, пройденное центром оси всегда является евклидово расстояние в между две желаемые позиции.

Это может показаться странным эффектом из-за размещения начало координат. Кажется, что ротации бесплатны. Это можно исправить за счет оптимизации общего количества оборотов колеса или необходимого времени, если скорость остается фиксированной [64]. Предположим, что . Определение минимального времени, необходимого для поездки между две конфигурации довольно интересны и рассматриваются в Разделе 15.3. При этом правильно учитывается стоимость вращение робота, даже если это не вызывает смещения.

Стивен М. ЛаВалль 2012-04-20

SOS — Собранные автомобили

Собранные автомобили

Собранный автомобиль определяется как:

1. Один, построенный (собранный) из новых или бывших в употреблении материалов и деталей кем-то, кто не признан производителем (обычно физическим лицом). Пример: самодельный автомобиль.
2. Один изменен или модифицирован до такой степени, что он больше не отражает исходную конфигурацию производителя. Пример: Volkswagen превращен в багги.
3. Один, у которого был заменен кузов (кузов пассажира или кабина пикапа) на кузов другого типа, отличающийся от другого транспортного средства, что изменило первоначальную конфигурацию транспортного средства. Пример: кабина пикапа Ford заменена кабиной Chevrolet или кабиной Ford другого стиля, что изменило исходную конфигурацию производителя.
   Транспортное средство, кузов которого (пассажирский кузов или кабина пикапа) заменен на кузов идентичного стиля, не изменяющий исходную конфигурацию транспортного средства, переименовывается как реконструированный автомобиль. Пример: у пикапа Ford 2014 года кабина заменена кабиной, идентичной кабине пикапа Ford 2012 года. Выдается новый присвоенный государству VIN. Год и марка оригинала сохраняются.
4. Один собран из комплекта, предназначенного для использования на дорогах (часто называемого «комплектом автомобилей»), даже если предоставлен сертификат происхождения производителя.

Примечание : Внедорожники (ORV), вездеходы (ATV) и багги для бездорожья могут быть названы собранными транспортными средствами для использования на дорогах.

Порядок присвоения ТС в сборе:

1. Вам потребуются документы на право собственности на все автомобили или основные комплектующие, используемые при сборке транспортного средства. Сюда входят:
• Заголовки
• Документы о присвоении права собственности (Пример: уведомление о брошенном автомобиле из полицейского управления)
• Оригинальные векселя

Следующие части должны быть учтены в представленных документах на право собственности:

• Автомобили
  • Двигатель, трансмиссия, детали кузова (двери, передние и задние фиксаторы) и рама, включая оси
• Мотоциклы
  • Двигатель, рама, передняя часть в сборе, включая вилку, колеса и сиденье
• Титульные прицепы или прицепы междугородные
  • Ходовая часть (рама, ось и колеса)
    
2. Требуется свидетельство о сертификации с кратким описанием сборки автомобиля.В выписке должны быть указаны:
• Описание автомобиля и его частей
• Имя лица, производившего сборку автомобиля
• Где и когда собирали или реконструировали автомобиль
• Любая особая информация об автомобиле в помощь следователю Государственного департамента штата Мичиган.
  
3. Необходимо предоставить номер транспортного средства / осмотр дорожного оборудования (форма TR-54), заполненный полицейским штата Мичиган.В ходе осмотра будет установлено, что у транспортного средства есть все оборудование, необходимое для регистрации на дороге. Примечание : Заполнение формы TR-54 правоохранительными органами не дает автомобилю права на получение права собственности или регистрации. Агенты государственного регулирования штата Мичиган проводят окончательный осмотр автомобиля перед тем, как наклеить собранную наклейку с VIN-кодом.
   
4. Всем собранным автомобилям требуется присвоенный государством идентификационный номер автомобиля (VIN). За это взимается плата в размере 10 долларов.
   
5. При подаче заявки на право собственности на собранное транспортное средство налог взимается со всех частей, если он не был уплачен во время покупки.
   
6. Собранные автомобили не подлежат временной регистрации. Агент отдела нормативного контроля свяжется с вами, чтобы назначить дату окончательного осмотра и место осмотра транспортного средства. После прохождения заключительного осмотра агент наклеит на автомобиль наклейку с присвоенным VIN-кодом. Новое название будет отправлено по почте.
   
7. Прежде чем грузовой автомобиль или вездеход можно будет использовать на дорогах общего пользования, он должен пройти полную проверку оборудования и безопасности, как определено в форме TR-54. Имейте в виду, что требуется квитанция, подтверждающая, что установленное лобовое стекло сертифицировано Министерством транспорта США и является ламинированным стеклом. Лобовое стекло из поликарбоната или оргстекла не допускается.