Дифференциал автомобиля: принцип работы

Дифференциал является главным элементом трансмиссии любого транспортного средства. Без него невозможно привести в движение ни легковой автомобиль, ни крупногабаритную спецтехнику. О том, что представляет собой этот механизм, каковы его особенности и выполняемые функции, пойдет речь в нашем сегодняшнем материале.

Что такое дифференциал, его функции

Итак, дифференциал автомобиля – это важнейший механизм трансмиссии, главная задача которого сводится к распределению поступающего на него крутящего момента между приводными валами, что обеспечивает возможность вращения колес с разной угловой скоростью. 

Ключевую роль дифференциал играет во время вхождения машины в поворот, но выполнять возложенную на него миссию он способен лишь при условии хорошего сцепления колес с дорожным покрытием.

При езде по сухой и ровной дороге эта деталь гарантирует комфорт и безопасность вождения, однако при плохой погоде, когда качество полотна оставляет желать лучшего (в дождь, снег и гололед), он способен сыграть с водителем злую шутку и лишить авто возможности перемещаться. В таком случае необходима блокировка дифференциала. 

Говоря иными словами, дифференциал распределяет крутящий момент от карданного вала между ведущими колесами таким образом, чтобы каждое из них вращалось без пробуксовки. Именно это является основной задачей детали, ставшей темой нашей беседы. 

Когда машина движется прямолинейно, а колеса нагружены равномерно, их угловая скорость вращения одинакова, механизм функционирует по типу передаточного вала. Однако когда начнется поворот, или авто станет буксовать, нагрузка окажется неравномерной. 

Возникнет необходимость того, чтобы полуоси вращались с разной скоростью, следовательно, крутящий момент между ними необходимо будет распределять в определенном, четко просчитанном соотношении. В таких ситуациях на передний план выходит вторая, не менее важная функция дифференциала – обеспечение автомобилю возможности выполнять маневр безопасно. 

Устройство и расположение дифференциала

Узел устроен по принципу планетарного редуктора. В зависимости от вида и места расположения дифференциалы могут несколько розниться, но принципиальная их схема всегда одинакова: шестерни полуосей и сателлитов находятся в чашке, которая фактически и является корпусом детали. 

Она жестко соединена с одной из шестерней (ведомой), принимающей на себя крутящий момент, который поступает с ведущей шестеренки главной передачи. С корпуса вращение поступает на полуоси, для этого привлекаются сателлиты. Сами же полуоси обеспечивают возможность вращения ведущих колес. Крутящий момент при этом не претерпевает никаких изменений. 

Что касается места размещения узла в трансмиссии, то оно зависит от привода транспортного средства, в частности:

•  В автомобилях с задним приводом – в картере заднего моста.
•  В полноприводных авто для привода ведущей колесной пары – в картере мостов (переднего и заднего), а для привода ведущих мостов – в раздатке.
•  В машинах с передним приводом – в КП.

Дифференциалы, задействованные для обеспечения привода передней пары колес, называют межколесными. Когда говорят «межосевой дифференциал», имеют в виду узел, расположенный во внедорожниках с полным приводом между ведущими мостами. В зависимости от вида используемой в редукторе зубчатой передачи дифференциалы бывают коническими, червячными и цилиндрическими.

Первые в подавляющем большинстве случаев выполняют функции межколесных. Цилиндрические обычно используются в полноприводных автомобилях, их устанавливают там между осями, а червячные можно считать универсальными, они бывают и межколесными, и межосевыми.

Работа дифференциала

Не смотря на то, что принцип, лежащей в основе любого из рассматриваемых нами узлов – как заднего дифференциала, так и дифференциала моста, остается неизменным, их работа напрямую зависит от условий эксплуатации. 

Рассмотрим особенности выполнения деталью возложенных на нее функций на примере симметричного конического межколесного дифференциала. 

При прямолинейном движении

В процессе движения прямо по дорожному полотну хорошего качества нагрузка между колесами распределяется равномерно, а их угловая скорость одинакова. Сателлиты, установленные в корпусе, вокруг собственных осей не вращаются, крутящий момент ими передается на полуоси от ведомой шестерни посредством зубчатого зацепления, которое является неподвижным. 

При повороте

Когда автомобиль входит в поворот, распределение нагрузки и сил сопротивления происходит следующим образом:

• Внутреннее колесо, радиус которого по отношению к центру поворота меньше, подвергается большему сопротивлению. Из-за повышающейся нагрузки оно вынуждено вращаться с меньшей скоростью.
• Траектория наружного колеса оказывается больше, поэтому ему приходится увеличить скорость вращения – это необходимо для плавного, без пробуксовки, поворота авто. 

Выходит, что угловые скорости наружных и внутренних колес разные, а вследствие замедления вращения полуосей внутренних колес начинают двигаться сателлиты, которые приводят к повышению скорости вращения наружных колес. Как уже говорилось выше, крутящий момент при этом остается без изменений.

В случае пробуксовки

Нагрузка на колеса машины, которая едет по скользкой дороге или по бездорожью, неодинакова. Одно в таких условиях может пробуксовывать, утрачивая сцепление с покрытием, а на второе при этом приходится более внушительная нагрузка, поэтому оно начинает вращаться медленнее. 

Происходит то же самое, что и при вхождении в поворот, но теперь такое поведение авто несет в себе больше вреда, чем пользы. На колесо, которое забуксовало, может прийтись весь крутящий момент, который принял на себя дифференциал, а второе колесо (именно оно сейчас испытывает максимальную нагрузку) останавливается. 

Как результат – транспортное средство прекратит движение. Чтобы избежать описанной ситуации, внедряются разные конструктивные решения, такие как блокировка дифференциала (ручная либо автоматическая), а также использование системы курсовой устойчивости.

Для чего нужна блокировка дифференциала

Для выравнивания, уравновешивания крутящего момента полуосей необходимо нивелировать действие сателлитов либо добиться передачи его на ту полуось, которая является нагруженной – только так можно избежать остановки автомобиля. Особенно остро такая задача стоит перед полноприводными авто с колесной формулой 4Х4.

 Во-первых, они разработаны для езды в сложных дорожных условиях и по бездорожью, а во-вторых, стоит такой машине (которая, к слову, оборудована 3 дифференциалами) потерять сцепление с дорогой хотя бы в одной точке, крутящий момент на остальных трех колесах стазу же станет нулевым, и автомобиль тут же остановится.

Как уже говорилось выше, во избежание описанной ситуации используют блокировку (полную либо частичную, ручную или автоматическую). 

Отличным решением стали также самоблокирующиеся дифференциалы, которые автоматически распределяют крутящий момент с учетом угловых скоростей и значения этого самого крутящего момента на каждом из колес. 

Самым сложным с технической точки зрения, однако и самым эффективным вариантом решения описанной выше проблемы является блокировка, внедренная в новейшее на сегодняшний день изобретение – систему курсовой устойчивости. 

Специальный датчик контролирует необходимые параметры в процессе движения транспортного средства и корректирует его работу автоматически на основе полученных данных. Какое-либо участие водителя в этом процессе не требуется.

Заключение

Подводя итог, необходимо отметить, что главная задача дифференциала – обеспечение безопасности езды и создание условий для комфортного совершения маневров. Единственный недостаток – остановка машины в результате неравномерного распределения крутящего момента при движении в экстремальных условиях. Однако для решения данной проблемы были изобретены современные системы и конструктивные решения.

Так, если авто оснащено приводом ручной блокировки, привлекать его нужно лишь в соответствующей дорожной ситуации, а вот обычные, так называемые шоссейные машины эксплуатировать без дифференциала крайне опасно.