Для чего нужен межосевой дифференциал

Что такое дифференциал и как он работает

Основная задача трансмиссии в конструкции любого автомобиля – изменение передаточного числа, полученного от силовой установки и передача вращения на ведущие колеса.

Если рассматривать конструкцию заднеприводного автомобиля, то в состав его трансмиссии входит коробка передач (она меняет передаточное число), карданная передача (посредством ее осуществляется передача вращения на заднюю ведущую ось) и редуктор (передает вращение на полуоси, к которым крепятся колеса). Но в этой конструкции есть одна особенность – колеса в определенных случаях должны вращаться с различной скоростью. И чтобы это осуществить, в редуктор добавили еще один узел – дифференциал автомобиля.

Конический симметричный дифференциал:
1 — коробка сателлитов дифференциала правая;
2 — болт коробки сателлитов;
3 — опорная шайба шестерни;
4, 8 — полуосевые шестерни;
5 — опорная шайба сателлита;
6 — сателлиты;
7 — ось сателлитов;
9 — левая коробка сателлитов дифференциала.

Для чего нужен дифференциал

Схема полноприводного авто с раздаткой и межосевым дифференциалом.

При прямолинейном передвижении дифференциал, в принципе и не нужен, поскольку ведущие колеса крутятся с одной скоростью. Но ведь часто возникает надобность проходить и повороты. При этом колеса идут по различным радиусам, то есть пройденное расстояние при повороте у колес одной оси отличаются. Движущееся по внутреннему радиусу колесо проходит значительно меньший путь, чем идущее по внешнему.

Если при этом обеспечить равную передачу вращения на каждое из колес, то одно из них начнет пробуксовывать, при этом и возникает большая нагрузка на элементы трансмиссии. В результате происходит повышенный износ шин и высока вероятность повреждения приводных элементов.

Чтобы этого не произошло, требуется перераспределение вращения на колеса в соответствии с условиями движения. Другими словами нужно, чтобы при прохождении поворота движущееся по внутреннему радиусу колесо – замедлилось, а идущее по внешнему – ускорилось. Именно это и обеспечивает добавленный в конструкцию трансмиссии авто дифференциал.

Виды и их особенности дифференциалов

Видео: GPS Навигатор — описание и тест

Видов дифференциалов по месту установки – два:

Дифференциал заднеприводного автомобиля

Первый используется на всех легковых авто с одной ведущей осью, и в его задачу входит только выполнение своей функции. На заднеприводных авто он располагается в заднем мосту и устанавливается на редуктор. То есть редуктор передает вращение на полуоси не напрямую, а через дифференциал.

Дифференциал переднеприводного авто с приводным валом

Что касается переднеприводных авто, то из-за отсутствия карданной передачи и моста с редуктором, вращение от коробки передач передается напрямую на дифференциал (они размещены в одном корпусе), а от него уже оно поступает на приводные валы.

Межосевой дифференциал используется на полноприводных авто, у которых обе оси являются ведущими. Там он нужен для того, чтобы правильно распределять получаемое вращение по осям при движении по неровностям. К примеру, авто движется на подъем, в результате чего задняя ось находится в низком положении относительно передней. В результате происходит перераспределение массы авто, она начинает больше давить на задок, и установленный узел в этом случае повышает крутящий момент на задних ведущих колесах. И все выполняется с точностью до наоборот на спусках.

При этом на полноприводных авто также требуется распределение вращения и на колесах, поэтому у них в общей сложности используется 3 дифференциала (1 – межосевой и 2 – межколесных).

Конструкция, принцип работы дифференциала

Дифференциалы, используемые на авто, делаются на основе обычного редуктора планетарного типа. Основными его составными компонентами являются:

Видео: Как работает дифференциал / How Differential Steering Works (на русском)

Эта конструкция может использовать разные виды зубчатых передач:

Видео: Дифференциал, обзор конструкции, принцип действия

Редуктор состоит из двух шестерён (малой ведущей и большой ведомой). Часто ведомую из-за ее размера называют еще зубчатым колесом. Вот к ней и крепиться чашка при помощи болтового соединения. Внутри чашки сделаны оси для крепления сателлитов. Количество их может варьироваться в зависимости от значения крутящего момента. На легковых авто, где усилия не особо высокие, устанавливается по два сателлита, на внедорожниках же их количество может составлять 4 штуки.

Сателлиты находятся в постоянном зацеплении с правой и левой ведомыми шестернями (вторые получаются зажатыми между первыми). Ведомые шестеренки закрепляются посредством шлицевого соединения на полуосях (в переднеприводных авто они соединены с приводными валами).

Количество зубьев на ведомых шестернях может быть как одинаковым (симметричный дифференциал), так и разным (ассиметричный). Первый тип обеспечивает распределение вращения по полуосям (приводным валам) в равном соотношении, а у второго это выполняется в строго определенных значениях.

Из-за этих особенностей симметричный тип используется в качестве межколесного, а ассиметричный – межосевого дифференциалов.

Работает планетарный узел так: во время прямолинейного движения оба колеса ведущей оси получают одинаковое сопротивление от дорожного полотна. Вращение, получаемое от коробки передач передается на ведомое зубчатое колесо редуктора, а вместе с ним и крутиться чашка дифференциала с размещенными в ней сателлитными осями. Поскольку сопротивление одинаково, то сателлиты осуществляют передачу крутящего момента на ведомые шестеренки в одинаковых соотношениях, то есть скорость вращения их, а вместе с ними и полуосей, равна. При этом сателлиты лишь передают вращение, сами же они остаются неподвижными относительно своих осей.

При вхождении в поворот, колеса начинают двигаться по разным радиусам. При этом, идущее по внутреннему радиусу получает большее сопротивление, чем внешнее. Это сопротивление обеспечивает замедление вращения ведомой шестеренки, из-за чего сателлиты начинают крутиться на осях. В результате начала движения сателлитов, скорость вращения полуоси наружного колеса возрастает, то есть происходит изменение угловых скоростей полуосей (приводных валов). Примечательно, что общая скорость вращения обеих полуосей соответствует скорости вращение зубчатого колеса редуктора, но увеличенной вдвое. При этом крутящий момент от разницы угловых скоростей не меняется, и он разделяется на ведущие колеса равномерно.

В результате такой работы узла при прохождении поворотов удается избежать появления пробуксовки и увеличения нагрузки на элементы трансмиссии.

Блокировка дифференциала

Блокировка дифферециала с гидроприводом включения

Но у автомобильного дифференциала есть существенный недостаток, который проявляется в случае, когда сопротивление вращению на одном из колес полностью пропадает (к примеру, оно попало на скользкий участок дороги). В результате особенностей работы, у колеса, потерявшего сопротивление дороги, максимально возрастает угловая скорость. То есть, по сути, все вращение передается только на него, в то время как второе колесо из-за сопротивления останавливается.

В результате автомобиль обездвиживается, поскольку из-за низкого сопротивления на одном колесе падает и крутящий момент на нем. А поскольку дифференциал работает симметрично, то на втором колесе момент тоже очень мал, и его явно недостаточно, чтобы заставить его вращаться. Чтобы решить такую проблему, достаточно лишь замедлить вращение буксующего колеса, тем самым повысив крутящий момент на нем, и соответственно, на втором колесе. И для этого применяются блокировки дифференциала.

Видео: GБлокировки дифференциала для УАЗа, разновидность и принцип работы

Все просто – если обеспечить жесткое соединение одной полуоси с чашкой дифференциала, то она просто не сможет вращаться быстрее, чем шестерня редуктора. Из-за этого не будет происходить перераспределение вращения, крутящий момент на обеих полуосях будет одинаковым, и его хватит, чтобы обеспечить вращение и колеса, на котором имеется сопротивление, то есть автомобиль сможет двигаться даже в случае потери сопротивления на одном из колес.

Блокировки дифференциала различаются по степени блокирования и бывают они с:

Полная описана выше и указывает она на то, что происходит жесткое соединение элементов дифференциала машины, по сути, он просто прекращает выполнять свои функции и крутящий момент подается равно на обе полуоси.

В частичной же блокировке передача усилия между составными элементами узла ограничена определенной величиной, что обеспечивает повышение крутящего момента на колесе, получающем повышенное сопротивление.

Управление блокировкой

Блокировка может устанавливаться на любой автомобильный дифференциал, как межколесный, так и межосевой. При этом в полноприводных авто передний межколесный дифференциал обычно не оснащают блокировкой, чтобы не оказывать влияние на управляемость авто. Задействование же блокировки, если она имеется, может осуществляться в ручном и автоматическом режиме.

Ручное включение подразумевает принудительное блокирование дифференциала, то есть оно задействуется только когда нужно. При этом водитель задействует привод, в результате чего происходит жесткое соединение составных элементов дифференциала между собой.

Привод блокировки может быть:

Основной недостаток ручного управления крыт в надобности соблюдения условий эксплуатации. Так, заблокированный дифференциал может повредить трансмиссию в случае, когда оба колеса окажутся на дороге с хорошими сцепными свойствами. Такое может произойти, к примеру, когда водитель забыл разблокировать дифференциал в авто после преодоления бездорожья.

Виды самоблокирующихся дифференциалов

Дифференциалы, у которых блокирование происходит в автоматическом режиме, называются самоблокирующимися. В них, при определенных условиях происходит самостоятельная блокировка, без какого-либо участия водителя. Точно также он и разблокируется.

Видео: Кардан Главная передача Дифференциал

Самый простой самоблокирующийся дифференциал – дисковый, имеющий в своей конструкции дополнительный элемент – пакет фрикционных дисков, одна часть которого жестко соединена с чашкой дифференциала, а вторая – с одной из осей. При этом диски прижаты друг к другу.

Действует такая блокировка очень просто: при прямолинейном движении машины чашка и полуось вращаются с одной скоростью, а вместе с ними и фрикционный пакет.

В случае повышения угловой скорости на одной из полуосей, она начинает вращаться быстрее чашки. При этом одна часть фрикционного пакета (закрепленная на оси) ускоряется относительно второй. А поскольку они прижаты, то между ними возникает сила трения, которая и препятствует повышению угловой скорости, соответственно крутящий момент на колесе с большим сопротивлением повышается.

Вискомуфта в качестве межосевого дифференциала

Примерно так же действует и вязкостная муфта, она же вискомуфта, которая сейчас является достаточно распространенным способом заблокировать дифференциал в автоматическом режиме. Но из-за больших габаритных размеров ее в качестве межколесной блокировки не используют. Муфта устанавливается только на межосном дифференциале, как вспомогательное устройство, а в некоторых случаях она полностью его заменяет.

Конструкция этой муфты такая: имеется герметичный корпус, с помещенным в нее пакетом дисков, одна половина которого жестко связана с ведущим валом (от которого подается вращения) а вторая – с ведомым.

Вискомуфта в разобраном состоянии

Все пространство между дисками заполнено дилатантной жидкостью, особенность которой заключается в повышаемой вязкости при перемешивании.

Действует вискомуфта примерно также же, как и дисковая блокировка. Пока валы вращаются с одной скоростью, перемешивание жидкости, расположенной между дисками, не происходит. Но как только появляется разница в скоростях вращения, диски начинают мешать жидкость из-за чего она становиться более вязкой. В результате повышения вязкости жидкости, которая при большой разнице скоростей может стать практически твердой, выравнивается угловая скорость на валах.

Существует также электронная блокировка дифференциала, которая используется на межколесном дифференциале автомобиля. Причем в качестве основного рабочего элемента в ней выступает антиблокировочная система тормозов.

Такая блокировка имеет свое обозначение – противопробуксовочная система, суть работы которой сводится к тому, что в случае увеличения угловой скорости на одном ведущем колесе, тормозная система притормаживает его, тем самым повышая крутящий момент на другом колесе.

Источник

Какой привод выбрать: RWD, FWD, 4WD или AWD

Чем отличаются, сколько стоит их обслуживать

На рынке полно автомобилей с разными типами приводов. Самый распространенный — передний.

Передний привод — Front wheel drive (FWD)

Если просто, то у машины с передним приводом за счет двигателя крутятся именно передние колеса, а задние просто свободно вращаются.

Если посложнее, то все всегда начинается с крутящего момента. В автомобилях с передним приводом крутящий момент от двигателя передается на переднюю ось. Все детали трансмиссии у автомобилей с передним приводом располагают в передней части.

Крутящий момент от двигателя попадает на первичный вал и шестерни коробки передач и передается в дифференциал. И то и другое на переднеприводном автомобиле собирают в одном корпусе вне зависимости от типа коробки передач.

Дифференциал передает крутящий момент двигателя к колесам через приводные валы. На каждом по два шарнира равных угловых скоростей — ШРУСа: один со стороны коробки, другой со стороны колеса. ШРУСы помогают системе быть гибкой: без них колеса не смогли бы поворачивать и перемещаться во время работы подвески. Приводные валы переходят в ступицы, к которым прикручивают колесные диски.

Как влияет на стоимость авто. Передний привод распространился быстро и широко за счет своей экономичности в производстве. А также надежности, простоты и понятности управления. Но в основном из-за экономичности. Любое авто с передним приводом всегда более бюджетное, чем авто такого же класса и комплектации, но с задним или полным.

На какие авто ставят. Несмотря на то что передняя пара колес стала ведущей позже задней, подавляющее большинство современных автомобилей переднеприводные. Вот автомобили, на которых можно встретить передний привод:

Как управлять автомобилем с передним приводом. Такие авто считают более простыми в управлении, поэтому это отличный вариант для новичков. Вот что стоит помнить:

В 2022 с новыми знаниями

Что насчет обслуживания и ремонта. Передний привод — сравнительно простая конструкция с небольшим количеством узлов, поэтому обслуживание и ремонт не должны стать проблемой.

Тем не менее здесь тоже есть детали, которые требуют особого отношения. У приводных валов (полуосей) и ШРУСов большой ресурс, это не расходник. Но они не рассчитаны на весь период жизни автомобиля. ШРУСы требуют как минимум регулярных проверок: все дело в месте, в котором они стоят и работают. Из-за изношенных пыльников в шарнир попадает грязь и песок. Не исключено, что такой ШРУС придется поменять.

Приводной вал может проржаветь. Если это случится, его сможет сломать даже достаточно слабый двигатель, так что за коррозией на приводном валу тоже стоит присматривать.

Стоимость запчастей, необходимых для ремонта и обслуживания

Стоимость работ по ремонту и обслуживанию

Задний привод — Rear Wheel Drive (RWD)

Задний привод с переднемоторной компоновкой. В заднем приводе все наоборот: ведущие колеса, которые вращаются за счет двигателя — задние. Двигатель и коробка передач в заднеприводном автомобиле — по-прежнему в передней части.

Крутящий момент передается на карданный вал, который связывает коробку передач и задний редуктор, в котором установлен дифференциал. Для карданного вала и части КПП в салоне автомобиля отведено специальное пространство — центральный туннель. Он гораздо больше, чем у автомобилей с передним приводом, у которых он либо только под выхлопную трубу, либо его вообще нет.

Для чего нужен карданный вал. Карданный вал — это часть трансмиссии заднеприводных и полноприводных автомобилей. Он передает крутящий момент от КПП или раздаточной коробки к ведущей — задней — оси.

Кардан может состоять из одной, двух и более секций — в зависимости от габаритов автомобиля. Между собой секции соединены подвижными шарнирами. Карданы из одной секции ставят, например, на спортивные машины.

Как влияет на стоимость авто. Сложно с уверенностью сказать, что именно задний привод увеличивает стоимость авто. Просто его ставят на принципиально другие модели: в основном автомобили премиальных марок. Поэтому да, получается, что авто с задним приводом дороже.

На какие авто ставят. Исторически сложилось, что именно задний привод толкал вперед первые Мерседесы, Форды, Пежо и Ситроены. Фиат, благодаря которому появились Жигули, тоже был заднеприводным. Потом пришел передний привод, и многие автопроизводители перешли на него, но далеко не все. Итак, задний привод можно встретить:

Как управлять автомобилем с задним приводом. Один из аргументов в пользу выбора автомобиля с задним приводом — или, наоборот, в пользу отказа от него — довольно своеобразная управляемость:

Что насчет обслуживания и ремонта. Несмотря на то что задний привод появился первым, его конструкцию нельзя назвать простой. Дополнительные части трансмиссии увеличивают расходы на плановое обслуживание и на ремонт.

Карданный вал сам по себе не требует какого-либо регулярного вмешательства, но расходники придется проверять и менять в любом случае. Чаще всего из строя выходят крестовины с подшипниками — они находятся с обеих сторон вала и отвечают за определенный угол его движения.

Кроме крестовин стоит следить за шлицевым соединением: оно обеспечивает компенсацию длины кардана, например, при преодолении препятствий, и находится между валами.

Если при движении чувствуется вибрация, а переключение передач сопровождается скрежетом, карданный вал придется балансировать.

Стоимость запчастей, необходимых для ремонта и обслуживания

Стоимость работ по ремонту и обслуживанию

Задний привод с заднемоторной или среднемоторной компоновкой. Не у всех заднеприводных автомобилей есть карданный вал. У машин с заднемоторной компоновкой двигатель, коробка передач с главной передачей и дифференциалом в таком случае — за задней осью. Среднемоторная компоновка похожа, но двигатель находится между осями, а коробка передач ближе к задней оси и приводы колес вставлены в нее с двух сторон.

У автомобилей с заднемоторной компоновкой больше места в салоне, потому что нет туннеля под кардан, но фактически нет и багажника. Главные технические проблемы: неудобство сервисного обслуживания и проблемы с охлаждением двигателя. Среднемоторные машины оставляют минимум места в салоне, но у такой компоновки почти идеальное распределение веса.

Классический заднемоторный спорткар с задней ведущей осью — Porsche 911. Среднемоторная компоновка и задний привод встречается у очень быстрых премиальных автомобилей: например, у Макларен P1 и Ауди R8 в комплектациях с задним приводом.

Полный привод — Four wheel drive (4WD)

Если крутящий момент постоянно передается на все четыре колеса, мы имеем дело с постоянным полным приводом — Full Time 4WD. В машинах с таким приводом обе оси ведущие, а для распределения мощности между колесами и осями установлены межколесные и межосевой дифференциалы.

Межосевой дифференциал — часть трансмиссии машин с двумя и более ведущими осями. За счет него происходит распределение крутящего момента между ними. Причем распределять мощность дифференциал может в сильно неравных долях, в зависимости от нагрузки на колеса. Устанавливают межосевой дифференциал в раздаточной коробке.

Не обошлось без особенностей: через межосевой дифференциал тяга передается по пути наименьшего сопротивления, то есть туда, где наихудшее сцепление с покрытием. Поэтому внедорожник 4WD может вполне может оказаться беспомощным, если у него увязнет всего одно колесо.

Чтобы таких неловкостей не возникало, на автомобилях с постоянным полным приводом существует принудительная блокировка межосевого дифференциала. Один из вариантов этой конструкции — самоблокирующиеся дифференциалы типа Torsen.

Дифференциал Torsen — это один из видов самоблокирующегося дифференциала повышенного трения.

Например, дифференциал, который применен в фирменной системе Audi quattro II и IV поколений, при движении автомобиля по ровной поверхности распределяет мощность от раздаточной коробки равномерно по осям. Но когда при пробуксовке падает крутящий момент на одном из колес, Torsen самостоятельно блокируется и начинает передавать тягу на ось с лучшим сцеплением. При этом застрявшее колесо он блокирует частично. Фактически Torsen в случае с системой quattro II и IV поколений может сам перераспределить крутящий момент по осям до соотношения 75% на 25%.

Пониженная передача — исключительно внедорожный бонус. Ее установка возможна только в автомобилях с раздаточной коробкой.

Понижайка позволяет снизить частоту вращения колес при стандартных оборотах двигателя. Так машина сможет двигаться с равномерной невысокой скоростью на самой высокой мощности двигателя. Это здорово увеличивает проходимость препятствий и преодоление подъемов и спусков.

Главное — помнить, что включать понижайку можно только после полной остановки и в случае, если подключен полный привод.

Вторая разновидность привода 4WD — part time, подключаемый полный привод. Она появилась раньше постоянного полного и отличается от него отсутствием межосевого дифференциала. По умолчанию ведет задняя ось, а передняя жестко подключается при необходимости: водитель выбирает, когда это сделать. Крутящий момент всегда распределяется по осям 50/50, поэтому автомобили с таким типом полного привода плохо подходят для движения по ровным дорогам, когда подключена передняя ось.

Большая ошибка считать, что part time 4WD — это как 4WD, но дело только в том, что его подключает водитель. С точки зрения конструкции это разные системы и главное отличие в распределении мощности по осям. У многих автомобилей есть ограничение: активировать полный привод можно, только если машина стоит. Бывает и ограничение по максимальной скорости с включенным полным приводом: например, не более 50 км/ч. У постоянного полного привода 4WD таких ограничений нет.

Как влияет на стоимость авто. Новый автомобиль с 4WD — это всегда внедорожник, который за редким исключением не может стоить дешево. Среди редких исключений ВАЗ Нива (4WD) и УАЗ Патриот (part time 4WD). А Лэнд Крузеры, Лэнд Роверы и даже Сузуки Джимни — уже в совсем другой ценовой категории.

Легковушки с 4WD еще можно встретить на вторичке, в частности среди Ауди и Субару. Но они в любом случае обойдутся дороже аналогичных авто с одной ведущей осью. Например, Ауди А6 с честным полным приводом на торсенах 2013—2014 года будет дороже моноприводного варианта минимум на 200—300 тысяч.

На какие авто ставится. Автомобили с полным приводом стали появляться еще в самом начале 20 века, но современный полный привод начал свое развитие со времен Второй мировой — тогда им оснащали военные внедорожники Виллис. Затем этот тип трансмиссии начали ставить на серийные внедорожники, например на Jeep. Со второй половины 20 века производители запустили в производство легковые полноприводные авто.

Здесь нельзя не упомянуть полный привод Audi quattro, который с 1981 года появился в серийных седанах Ауди, а ко второму поколению — в 1988 году — обзавелся дифференциалом Torsen. В VI поколении quattro — с 2016 года — его больше нет.

С Субару все очень сложно: вариантов полного привода много, но постоянным можно считать только тот, который реализован через межосевой дифференциал. Самый эффективный полный привод Субару — на комплектациях с трансмиссией VTD.

Вот примеры машин с постоянным полным приводом:

Part-Time 4WD на новых авто попадается все реже, но некоторые производители все-таки не спешат от него отказываться:

Отдельно можно обозначить модели Мицубиси Паджеро (трансмиссия Super Select 4WD), Джип Гранд Чероки (SelecTrac), Ниссан Патфайндер ( All-mode 4WD), Лэнд Ровер (Terrain Response) — их селективные трансмиссии объединяют в себе особенности постоянного и подключаемого приводов.

Даже при отключенном полном приводе кардан и полуоси продолжают вращаться. Колесный хаб или колесная муфта отключают передние колеса от трансмиссии и этим исключают вращение частей переднего привода. Автоматические хабы устанавливают сразу на заводе, и, чтобы их отключить, водителю достаточно выключить полный привод и немного сдать назад.

Для включения наоборот: нужно включить полный привод и тронуться с места. Звучит удобно, но когда машина завязла в грязи, возможности кататься вперед-назад может не оказаться.

Для включения и отключения ручных хабов придется каждый раз выходить из машины. Зато сделать это можно в любой момент. Такой вариант хаба больше подходит для любителей настоящего бездорожья, потому что у ручного хаба такой же ресурс, как у трансмиссии в целом. К тому же его можно установить на любой автомобиль с part-time 4WD.

Что насчет обслуживания и ремонта. Так как система полного привода технически сложнее моноприводных трансмиссий, то увеличивается число деталей, которые требуют внимания и могут сломаться. В связи с этим возникают дополнительные расходы как при плановом обслуживании, так и при ремонте.

Источник