Дифференциал - это что такое? Для чего предназначен и как устроен дифференциал автомобиля

Любой современный автомобиль включает в себя множество полезных и необходимых узлов и агрегатов, которые обеспечивают работоспособность транспортному средству. Многие из них отвечают за передачу крутящего момента от силового агрегата к колесам, при этом немалая роль отводится дифференциалу. Это тот узел, без которого шины проскальзывали бы при каждом вхождении в поворот. А чтобы этого не произошло нужно, чтобы колеса вращались с разной угловой скоростью. Вот об этом как раз и поговорим в данной статье.

Что это за зверь такой?

Что же это за механизм такой – дифференциал? С его помощью передается крутящий момент от коробки переключения передач (КПП), и при этом вся мощность делится между ведущими колесами поровну. Но бывают моменты, когда это равновесие нарушается, о чем немного позднее. Главная задача дифференциала заключается в том, чтобы позволить ведущим колесам вращаться с разной угловой скоростью.

Дифференциал собственной персоной

Если в трансмиссии транспортного средства лишь одна ведущая ось, то данный механизм ставится между приводами колес и зовется межколесным редуктором. В случае же полноприводных автомобилей агрегат располагается уже между ведущими осями и именуется межосевым дифференциалом.

Месторасположение механизма

Что касается того, где может располагаться дифференциал, то это обычно следующие места:

  • У заднеприводных автомобилей – это картер моста, где дифференциал соединен с шестерней главной передачи.
  • У транспортных средств с передним приводом механизм также соединен с главной передачей и находится в корпусе КПП.
  • У полноприводного транспорта дифференциал находится по его обеим сторонам: и сзади, и спереди.

Те полноприводные автомобили, у которых предусмотрено отключение привода, как правило, оснащаются раздаточной коробкой. С целью оптимального распределения крутящего момента на все колеса, предусмотрен еще один третий дифференциал. Он ставится в раздатке между осями.

Первая необходимость

Теперь уже немного понятно, что такое дифференциал – это, своего рода, разновидность планетарной передачи. Но в чем заключается его необходимость? Данным агрегатом автомобили оснащаются не просто так, для этого есть весомый повод. И чтобы в этом разобраться, необходимо знать некоторую особенность.

При вхождении автомобиля в поворот, в особенности затяжной (движение по кольцу), его колеса проходят разный путь. Но поскольку в отсутствие дифференциала они связаны между собой жестко, то одно из колес будет неизбежно проскальзывать, не поспевая за другим. Стоит заметить, что внешнее колесо проходит более длинный путь, чем внутреннее. В связи с этим оно и вращаться должно быстрее, что позволит сохранить стабильность транспортного средства на дороге.

Передний дифференциал

В чем может быть проблема? Вот здесь мы и подходим к сути и пониманию, что такое дифференциал. Это механизм, который позволяет избежать многих нюансов. Из-за того, что внутреннее колесо пробуксовывает, есть свои нежелательные последствия. Для автомобилей с задним приводом это может привести к заносу, а переднеприводное транспортное средство рискует потерять контроль управления при входе в поворот.

Устранить проблему можно, обеспечив разное вращение колесам. Собственно, для этого и было создано такое незамысловатое шестеренчатое устройство, как дифференциал.

Устройство дифференциала

Автомобильному дифференциалу скоро исполнится двести лет. В его конструкции, несмотря на некоторые усовершенствования, все же сохранились ключевые особенности. Что представляет собой полный дифференциал? По сути, это та же самая планетарная передача, состоящая из набора разнообразных шестерней.

Крутящий момент от силового агрегата автомобиля передается посредством карданного вала на коническую зубчатую передачу, состоящую из двух шестерен: ведущей (закрепленная на кардане) и ведомой. Иначе это зовется главной передачей. Ведомый элемент закреплен на корпусе, через который передает вращение шестерням-сателлитам, находящимся в зацеплении с солнечными шестернями. Они в свою очередь жестко закреплены в полуосях ведущих колес.

Принцип работы дифференциала

Пока транспортное средство движется прямо, сателлиты находятся в неподвижном состоянии. При этом ведущая шестерня вращается с той же скоростью что и солнечные элементы. В результате этого крутящий момент распределяется на все колеса поровну, и они имеют равную угловую скорость.

Устройство дифференциала

Но стоит автомобилю начать поворот, как все меняется, передний дифференциал (или задний) при этом «включается» в работу автономно. Начинают вращаться сателлиты, благодаря которым солнечным шестерням сообщается разная угловая скорость. Следовательно, и колеса вращаются по-разному.

При этом на внутреннее колесо, которое двигается по малому радиусу, действует большее сопротивление, что приводит к снижению скорости его вращения. Другое колесо, что расположено с внешней стороны, наоборот испытывает меньшее сопротивление, за счет чего его скорость вращения увеличивается. Благодаря этому автомобиль совершает повороты плавно, избегая пробуксовок.

Замедление вращения колеса с внутренней стороны тоже обеспечивается сателлитами, и благодаря особой конструкции редуктора повышается угловая скорость наружного колеса. При этом главная передача работает все время.

Существенный недостаток

При всех существующих достоинствах, которыми обладает полный дифференциал, у него имеется один существенный недостаток, обусловленный особенностью его конструкции. Хотя, с одной стороны, это можно расценивать как плюс: передавать весь крутящий момент от двигателя на одно колесо. Но в основном это идет в минус, ведь менее загруженное колесо получает всю мощность, и автомобиль из-за этого не двигается.

Такое встречается в тех случаях, когда у одного из колес при определенных условиях сцепление с поверхностью дороги недостаточное. В этом случае вся мощность начинает переходить именно на него. В результате этого автомобиль останавливается, причем иногда даже резко, в зависимости от изначальной скорости. Яркий тому пример, наезд колесом на лужу или участок со льдом.

Траектория поворота автомобиля

Бороться с данным недостатком можно при помощи блокировки дифференциала моста, что может быть осуществлено в автоматическом либо ручном режиме. Также с этой целью некоторые современные автомобили оснащаются системой курсовой устойчивости.

Разновидности дифференциала

Как выше было отмечено, ключевая особенность у всех механизмов одна и та же, но в то же время есть ряд различий. Так, существуют червячные, конические и цилиндрические дифференциалы. Причем, если колеса располагаются на одной оси, то редуктор содержит конические шестерни. У межосевого дифференциала они цилиндрической формы. Червячные модели являются универсальными.

Но, помимо этого, могут быть и другие варианты дифференциала:

  • Механизмы с полной блокировкой.
  • Вискомуфта.
  • Торсен.
  • Квайф.

Как можно заметить, каждый из перечисленных типов подразумевает блокировку дифференциала, которая, как выше было отмечено, бывает ручной либо автоматической. При этом первый тип включается водителем посредством кнопки либо тумблера, тогда как автоматика задействуется сама при необходимости.

Как правило, ручной блокировкой оснащается большинство внедорожников и включается водителем. К примеру, дифференциал на УАЗ, как раз, такой случай. Автоматическая система управляется электронным блоком управления, который при помощи датчиков анализирует состояние дорожного полотна.

Полная блокировка

Принудительная блокировка редуктора актуальна для внедорожников и грузовых автомобилей, что позволяет лучше преодолевать бездорожье. Обычно для ее включения служит специальная клавиша в салоне транспортного средства. Яркий тому пример – это установленный дифференциал на "Ниве" (ВАЗ-2121).

Внедорожник отечественого производства

По сути, это ручной вид блокировки и ее рекомендуется включать лишь при движении по бездорожью для преодоления сложных препятствий. А при выезде на обычную дорогу ее следует отключать. В противном случае это грозит не только ухудшением управляемости автомобиля на твердом покрытии, но и износом шин.

Особенности вязкостной муфты

Представляет собой многодисковый механизм, где передающий момент увеличивается в связи с повышением разности в скорости вращения двух валов: ведущего и ведомого. Обычно такая схема актуальна для транспортных средств с полным постоянным приводом.

В основу работы вискомуфты для блокировки дифференциала на ВАЗ (или другого автомобиля) положено особенное свойство силиконовой жидкости. Если, к примеру, у масла при повышении температуры вязкость снижается, то здесь все наоборот – этот параметр тоже увеличивается. Сам механизм выглядит как цилиндр, где располагается набор перфорированных дисков, которые соединены с обоими валами. Также корпус заполнен этой жидкостью. На входной вал действует крутящий момент от двигателя через ведущий мост, а выходной отвечает за вращения колес.

При нормальном движении транспортного средства оба вала вращаются с одинаковой скоростью. Но стоит только одному из колес начать буксовать, входной вал основного главного моста вращается быстрее выходного. Вследствие трения о диски жидкость нагревается, что в итоге способствует передаче большей мощности на выходной вал.

Та самая вискомуфта

Но, как и обычный дифференциал, вискомуфта тоже обладает недостатком. Для срабатывания механизма нужно определенное количество времени. К тому же, оптимальные параметры очень сложно подобрать. По этой причине большинство производителей предпочитают не иметь дело с подобным механизмом.

Дифференциал "Торсен"

Можно сказать, что данный дифференциал - это слияние двух английских слов: torque и sensing. Первое переводится как крутящий момент, а второе означает чувствительный к крутящему моменту. В корпусе сателлиты располагаются в плоскости, перпендикулярной к его оси. Между собой их объединяет прямозубое зацепление, в то время как с полуосевыми шестернями они соединены посредством червячной передачи.

При вхождении в поворот полуосевая шестерня, которая связана с отстающим колесом, приводит во вращение сателлит, а он уже передает вращение на другой сателлит шестерню полуоси. Благодаря такой жесткой кинематической связи колеса автомобиля вращаются с разной угловой скоростью.

При необходимости осуществляется блокировка механизма. Делается это за счет силы трения, которая возникает в червячной передаче из-за разности моментов на колесах. К сожалению, и у этой конструкции есть недостатки. Механизм довольно сложен в производстве и ремонте.

Самоблокирующийся механизм Quaife

Отличительной особенностью этого дифференциала является то, что сателлиты располагаются в параллельной плоскости к оси вращения корпуса и, к тому же, в два ряда. Крепятся они не на осях, а в закрытых отверстиях корпуса, которые имеются по обеим его сторонам.

При этом правый ряд, где содержится 3-5 сателлитов, сцеплен с правой шестерней полуоси, а левый ряд соединен, соответственно, с левой полуосью. Помимо этого, эти элементы от обоих рядов соединены друг с другом через один.

Дифференциал Торсен

Когда у одного из колес снижается скорость вращения, соединенная с ней полуось и, соответственно, шестерня вращается медленнее, чем корпус заднего дифференциала, который приводит во вращение соединенный с ним сателлит. Он в свою очередь, передает эстафету другому такому же элементу, а уже тот на связанную с ним шестерню полуоси. В результате чего обеспечивается разная угловая скорость обоих колес на поворотах.

За счет разности крутящего момента на разных колесах возникает сила трения, которая приводит к блокировке дифференциал. Как итог – тяга автомобиля повышается. Подобные механизмы получили широкое распространение среди любителей тюнинга.