Дифференциал что это такое – это что такое? Для чего предназначен и как устроен дифференциал автомобиля :: SYL.ru

Дифференциал (математика) — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Дифференциа́л (от лат. differentia «разность, различие») — линейная часть приращения функции.

Обычно дифференциал функции f{\displaystyle f} обозначается df{\displaystyle df}. Некоторые авторы предпочитают обозначать df{\displaystyle {\rm {d}}f} шрифтом прямого начертания, желая подчеркнуть, что дифференциал является оператором.

Дифференциал в точке x0{\displaystyle x_{0}} обозначается dx0f{\displaystyle d_{x_{0}}f}, а иногда dfx0{\displaystyle df_{x_{0}}} или df[x0]{\displaystyle df[x_{0}]}, а также df{\displaystyle df}, если значение x0{\displaystyle x_{0}} ясно из контекста.

Соответственно, значение дифференциала в точке x0{\displaystyle x_{0}} от h{\displaystyle h} может обозначаться как dx0f(h){\displaystyle d_{x_{0}}f(h)}, а иногда dfx0(h){\displaystyle df_{x_{0}}(h)} или df[x0](h){\displaystyle df[x_{0}](h)}, а также df(h){\displaystyle df(h)}, если значение x0{\displaystyle x_{0}} ясно из контекста.

Для функций[править | править код]

Дифференциал функции f:R→R{\displaystyle f\colon \mathbb {R} \to \mathbb {R} } в точке x0∈R{\displaystyle x_{0}\in \mathbb {R} } может быть определён как линейная функция

dx0f(h)=f′(x0)h,{\displaystyle d_{x_{0}}f(h)=f'(x_{0})h,}

где f′(x0){\displaystyle f'(x_{0})} обозначает производную f{\displaystyle f} в точке x0{\displaystyle x_{0}}, а h{\displaystyle h} — приращение аргумента при переходе от x0{\displaystyle x_{0}} к x0+h{\displaystyle x_{0}+h}.

Таким образом df{\displaystyle df} есть функция двух аргументов df:(x0,h)↦dx0f(h){\displaystyle df\colon (x_{0},h)\mapsto d_{x_{0}}f(h)}.

Дифференциал может быть определён напрямую, то есть, без привлечения определения производной, как функция dx0f(h){\displaystyle d_{x_{0}}f(h)}, линейно зависящая от h{\displaystyle h}, и для которой верно следующее соотношение

dx0f(h)=f(x0+h)−f(x0)+o(h).{\displaystyle d_{x_{0}}f(h)=f(x_{0}+h)-f(x_{0})+o(h).}

Для отображений[править | править код]

Дифференциалом отображения f:Rn→Rm{\displaystyle f\colon \mathbb {R} ^{n}\to \mathbb {R} ^{m}} в точке x0∈Rn{\displaystyle x_{0}\in \mathbb {R} ^{n}} называют линейный оператор dx0f:Rn→Rm{\displaystyle d_{x_{0}}f\colon \mathbb {R} ^{n}\to \mathbb {R} ^{m}} такой, что выполняется условие

dx0f(h)=f(x0+h)−f(x0)+o(h).{\displaystyle d_{x_{0}}f(h)=f(x_{0}+h)-f(x_{0})+o(h).}

• Отображение f:Rn→Rm{\displaystyle f\colon \mathbb {R} ^{n}\to \mathbb {R} ^{m}} называется дифференцируемым в точке x0∈Rn{\displaystyle x_{0}\in \mathbb {R} ^{n}}, если определён дифференциал dx0f:Rn→Rm{\displaystyle d_{x_{0}}f\colon \mathbb {R} ^{n}\to \mathbb {R} ^{m}}.

Термин «дифференциал» введён Лейбницем. Изначально dx{\displaystyle dx} применялось для обозначения «бесконечно малой» — величины, которая меньше всякой конечной величины и всё же не равна нулю. Подобный взгляд оказался неудобным в большинстве разделов математики за исключением нестандартного анализа.

Понятие дифференциала содержит в себе больше, чем просто дифференциал функции или отображения. Его можно обобщать, получая различные важные объекты в функциональном анализе, дифференциальной геометрии, теории меры, нестандартном анализе, алгебраической геометрии и так далее.

Что такое дифференциал, для чего он нужен, и как устроен

Дифференциал как автомобильный механизм скоро отметит двухвековой юбилей, однако его конструкция за эти долгие годы хоть и совершенствовалась, но сохранила ключевые особенности. Что же такое дифференциал, и какую роль он выполняет в автомобиле?

1. Что такое дифференциал?

Дифференциал в автомобиле – это механизм, который позволяет передавать мощность и, следовательно, вращение от коробки передач к колесам, разделяя поток этой мощности на два, для каждого из колес одной оси, с возможностью изменять соотношение передаваемой к ним мощности, и, следовательно, позволяя колесам вращаться с разной скоростью. Проще говоря, дифференциал разделяет 100% мощности, передаваемой коробкой передач, на два потока для каждого из колес на одной оси, и эти потоки могут перераспределяться в зависимости от условий движений от 50:50 до 100:0.

2. Для чего нужен дифференциал?

Основное предназначение дифференциала – обеспечить возможность вращения колес на одной оси с разной скоростью с сохранением неразрывного потока крутящего момента. Для автомобиля это важно прежде всего в поворотах: ведь при движении по дуге колеса на внешней стороне поворота проходят больший путь, чем колеса на внутренней, а значит, должны вращаться с большей скоростью для сохранения стабильности машины.

Если же колеса на оси будут соединены жестко, то внутреннее колесо в повороте будет пробуксовывать. Для заднеприводного автомобиля это повышает риск заноса, а для переднеприводного радикально ухудшает управляемость и контроль автомобиля в повороте. Таким образом, обеспечение свободного и независимого вращения колес на одной оси с сохранением постоянства передачи на них крутящего момента от двигателя было одной из принципиальных задач с момента создания автомобиля – и это задача была успешно решена.

3. Как устроен дифференциал?

Дифференциал являет собой частный случай планетарной передачи. Физически он обычно представляет собой набор из четырех шестерней, вращение к которым передается пятой – ведомой шестерней главной передачи, объединенной с корпусом дифференциала, выполняющим роль водила. Главная передача – это набор из двух шестерней: ведущая получает вращение от КПП и передает его ведомой. Ведомая же шестерня главной передачи передает вращение через корпус на шестерни-сателлиты, а они, в свою очередь, находятся в зацеплении с солнечными шестернями, жестко закрепленными на приводных полуосях колес.

Когда автомобиль движется по прямой, шестерни-сателлиты неподвижны, и скорость вращения шестерни главной передачи равна скоростям вращения солнечных шестерней: колеса вращаются с одинаковой скоростью. В повороте же шестерни-сателлиты начинают вращаться, обеспечивая разницу скоростей солнечных шестерней и, следовательно, колес на внешней и внутренней стороне поворота.

4. Каковы недостатки дифференциала?

Главным недостатком дифференциала одновременно является его главное преимущество – возможность передавать до 100% мощности на одно из колес. Исходя из этого, в условиях, когда одно колесо имеет недостаточное сцепление с поверхностью, основная часть мощности будет передаваться именно на него. Таким образом, порой даже имея одно колесо на поверхности с достаточным сцеплением, автомобиль не может тронуться с места.

Для устранения этой проблемы были разработаны разнообразные конструкции – дифференциалы с повышенным внутренним сопротивлением (так называемые самоблоки) и дифференциалы с принудительной блокировкой, ручной или автоматизированной. В зависимости от конструкции и назначения они могут как изменять перераспределение потока мощности в пользу колеса с хорошим сцеплением с поверхностью, так и полностью замыкать дифференциал, заставляя колеса на оси вращаться с одинаковой скоростью. Разные типы таких дифференциалов мы рассмотрим в отдельных материалах.

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 управляем

Дифференциал. Назначение и основные типы

Назначение дифференциала

Дифференциал служит для распределения подводимого к нему вращающего момента между выходными валами и обеспечивает возможность их вращения с неодинаковыми угловыми скоростями.

При движении колесного ТС на повороте внутреннее колесо каждой оси проходит меньшее расстояние, чем ее наружное колесо, а колеса одной оси проходят разные пути по сравнению с колесами других осей.

Неодинаковые пути проходят колеса ТС при движении по неровностям на прямолинейных участках и на повороте, а также в случае прямолинейного движения по ровной дороге при разных радиусах качения колес, например при неодинаковом давлении воздуха в шинах и износе шин или неравномерном распределении груза на ТС.

Если бы все колеса вращались с одинаковой скоростью, это неизбежно приводило бы к их проскальзыванию и пробуксовыванию относительно опорной поверхности, следствием чего явились бы повышенный износ шин, увеличение нагрузок в механизмах трансмиссии, затраты мощности двигателя на работу скольжения и буксования, повышение расхода топлива, а также трудность поворота транспортной машины. Таким образом, колеса ТС должны иметь возможность вращаться с неодинаковыми угловыми скоростями относительно друг друга. У неведущих колес это обеспечивается тем, что они установлены свободно на своих осях и каждое из них вращается независимо друг от друга. У ведущих колес это обеспечивается установкой в их приводе дифференциалов.

Основные типы дифференциалов

По месту расположения дифференциалы подразделяют на:

• межколесные (распределяющие вращающий момент между ведущими колесами одной оси)
• межосевые (распределяющие момент между главными передачами двух ведущих мостов)
• центральные (распределяющие момент между группой ведущих мостов)

По соотношению вращающих моментов на ведомых валах дифференциалы могут быть:

• симметричными (моменты на ведомых валах всегда равны между собой)
• несимметричные (отношение моментов на ведомых валах не равно единице)

Различают также дифференциалы:

• неблокируемые
• блокируемые принудительно
• самоблокирующиеся

По конструкции дифференциалы подразделяют на:

• конические
• цилиндрические
• кулачковые
• червячные

В некоторых случаях вместо дифференциалов устанавливают механизмы типа муфт свободного хода.

В настоящее время на колесных ТС наиболее широкое распространение получили конические симметричные неблокируемые дифференциалы.

Видео: Как работает дифференциал?

Схемы дифференциалов

Рис. Схемы простых дифференциалов с постоянным соотношением моментов на ведомых валах: а — симметричного конического; б — симметричного цилиндрического; в — несимметричного цилиндрического; г — несимметричного конического; 1, 8 — левая и правая полуоси дифференциала; 2, 6 — левая и правая полуосевые шестерни; 3 — сателлит; 4 — корпус дифференциала; 5 — ведомое колесо главной передачи; 7 — ось вращения сателлитов; 9 — солнечная шестерня; 10 — эпициклическая шестерня

Рис. Межколесный симметричный конический дифференциал: 1, 8 — чашки дифференциала; 2, 7 — опорные шайбы полу осевых зубчатых колес; 3, 6 — полу осевые зубчатые колеса; 4 — опорная шайба сателлита; 5 — сателлиты; 9 — крестовина

Рис. Схемы несимметричных дифференциалов: а — конический; б — цилиндрический

Рис. Кулачковый дифференциал автомобиля ГАЗ-66-11 (а) и схема его работы (б): 1 — внутренняя звездочка; 2 — сепаратор; 3 — наружная звездочка; 4 — чашка дифференциала; 5 — сухарь

Рис. Блокируемый межколесный дифференциал: 1 — муфта; 2 — зубчатый венец

Рис. Межосевой дифференциал автомобиля КамАЗ-5320: 1 — ведущий вал; 2 — уплотнительная манжета; 3 — картер дифференциала; 4, 7 — опорные шайбы; 5, 17 — чашки дифференциала; 6 — сателлит: 8 — датчик блокировки; 9 — пробка заливного отверстия; 10 — пневматическая камера блокировки; 11 — вилка; 12 — стопорное кольцо; 13 — зубчатая муфта; 14 — муфта блокировки; 15 — сливная пробка; 16 — зубчатое колесо привода среднего моста; 18 — крестовина; 19 — зубчатое колесо привода заднего моста; 20 — болт крепления чашек; 21 — подшипник; 22 — крышка подшипника

Рис. Работа межколесного дифференциала: а — общая схема; б — при движении прямо; в — при повороте; 1 — корпус дифференциала; 2, 5 — полуосевые зубчатые колеса; 3 — крестовина: 4, 6 — сателлиты; 7 — ведущее зубчатое колесо главной передачи; 8, 9 — полуоси; 10 — ведомое зубчатое колесо главной передачи

Рис. Межосевой дифференциал Torsen: 1, 3 — правая и левая полуосевые шестерни; 2 — корпус дифференциала; 4 — сателлит, связанный с правой полуосевой шестерней; 5, 7 — выходные валы дифференциала; 6 — сателлит, связанный с левой полуосевой шестерней

Что такое дифференциал в автомобиле и как он работает

В конструкции современных автомобилей есть ряд узлов и агрегатов, которые являются обязательными для всех их марок, моделей, видов и типов. К таковым относятся, прежде всего, двигатель, коробка переключения передач, тормозная система. В этот же список входит и дифференциал.

Дифференциал есть в любой машине, причем в некоторых машинах этих узлов установлено несколько. О том, что такое дифференциал в автомобиле, какую роль он играет и каких разновидностей бывает, хорошо известно опытным автомобилистам. Тем же людям, которые являются пока только начинающими автолюбителями, наверняка будет полезно об этом узнать.

Как работает дифференциал на автомобиле

Конический дифференциал автомобиля: 1 – карданный вал; 2 – полуось ведущего колеса;

Дифференциал представляет собой механизм, с помощью которого к колесам одной оси, вращающимся с различной скоростью, транслируется одинаковый крутящий момент. Кроме того, дифференциал используется для того, чтобы поровну распределять крутящий момент и между несколькими ведущими осями.

В основу конструкции любого автомобильного дифференциала положен принцип работы планетарного редуктора. В зависимости от того, какой именно тип передачи вращательного движения используется, различают такие виды дифференциалов, как:

• Конический;
• Цилиндрический;
• Червячный.

Между колесами, установленными на одной и той же оси, практически всегда устанавливается конический дифференциал. Дифференциал цилиндрический используется обычно в качестве межосевого, а червячный отличается универсальностью своего применения. Наиболее широкое распространение получили дифференциалы конического типа, которые установлены практически на всех автомобилях в качестве межколесных. Все их основные элементы имеются также в цилиндрическом и червячном дифференциалах.

Корпус конического дифференциала (его часто именую чашей) от главной передачи принимает крутящий момент и транслирует его на шестерни полуосей посредством так называемых сателлитов. Они выполняют функции планетарных шестерен, а что касается их количества, то, в зависимости от особенностей конструкции конкретного конического дифференциала их может быть от двух до четырех.

Если автомобиль движется по прямолинейной траектории сопротивление каждого из колес дороге одинаковое. При этом вращения сателлитов не происходит, а вращение полуосевих шестерен осуществляется с равными угловыми скоростями. В момент поворота одно из колес, то, что находится на внутренней стороне поворота, встречает большее сопротивление дороги, вращение ее полуосевой шестерни становится медленнее, сателлиты начинают вращаться. В результате этого скорость вращения внешнего колеса возрастает, но крутящий момент остается таким же, как и на колесе внутреннем.

При движении по скользкой дороге, когда одно колесо пробуксовывает и движется с меньшей скоростью, ситуация аналогична ситуации с поворотом, в результате чего автомобиль зачастую просто не может сдвинуться с места. Чтобы крутящий момент на одном или другом колесе был выше, используется блокировка дифференциала.

Разновидности автомобильных дифференциалов

Помимо конического, цилиндрического и червячного, существуют и успешно используются следующие разновидности дифференциалов: дифференциал с полной блокировкой, дифференциал Торсен, дифференциал Квайф, вискомуфта.

Дифференциал с полной блокировкой

Дифференциалы этого типа чаще всего используются на грузовиках и внедорожниках. Их блокировка включается и отключается непосредственно из салона с помощью специальной клавиши водителем. Они используются для повышения проходимости автомобилей.

Дифференциалы Торсен

Конструкция дифференциалов Торсен была разработана немецкой компанией Siemens. По сути дела, они представляют собой комбинации конических и червячных дифференциалов. Дифференциалы Торсен отличаются высокой эффективностью, однако они достаточно сложны в изготовлении и обслуживании.

Дифференциалы Квайф

Отличительной особенностью дифференциалов этого типа является то, что сателлиты в них располагаются параллельно оси вращения корпуса (чаши), причем в два ряда. Кроме того, при функционировании этих агрегатов образуются силы трения, которые при необходимости автоматически осуществляют блокировку, повышают проходимость и силу тяги автомобиля. Чаще всего дифференциалы Квайф используются для тюнинга легковых автомобилей и внедорожников.

Вискомуфта

Функционирование этот типа дифференциала основано на том же принципе, что и работа гидротрансформатора. Чаще всего вискомуфты используются в автомобилях с полным приводом и используются для того, чтобы обеспечивать связь передних колес с задними по следующему принципу: если одни из них проскальзывают, то крутящий момент транслируется на другие, за счет чего и решается проблема пробуксовки. Конструктивно вискомуфта представляет собой цилиндр, в которой находится погруженный в вязкую жидкость пакет металлических дисков, имеющих перфорацию, и соединенных с валами (как ведущим, так и ведомым). В зависимости от температуры вязкость жидкости меняется, на чем и основывается принцип работы этого агрегата.

Читайте также: Коробка передач DSG — что это такое.

Применение дифференциалов, их преимущества и недостатки

В тех автомобилях, которые имеют всего одну ведущую ось, устанавливается один дифференциал. Транспортные средства с двумя и более ведущими осями оснащаются дифференциалами, устанавливаемыми в каждую из них. В автомобилях с повышенной проходимостью, имеющих две ведущих оси, устанавливается три дифференциала: по одному на каждую из осей и один — между ними. В тех же транспортных средствах, которые имеют более двух ведущих осей, используются так называемые межтележечные дифференциалы.

Что касается преимуществ дифференциалов, то главное из них — это то, что они обеспечивают одинаковый крутящий момент для колес, вращающихся с различной скоростью (собственно говоря, для этого они и используются). Если говорить о недостатках этих устройств, то основным из них является проблема пробуксовки колес, которые потеряли контакт с дорожным покрытием. Решается она достаточно просто: с помощью механизма блокировки, который может быть как ручным, так и автоматическим. 

Читайте также: Что такое коробка передач АМТ.

Видео на тему

Похожие статьи

это что такое? Для чего предназначен и как устроен дифференциал автомобиля :: SYL.ru

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.

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.

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.

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.

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).

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.

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.

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.

Что такое дифференциал и как он работает

Конструкция современного автомобиля достаточно сложная, даже если речь идёт о самых бюджетных моделях, оснащённых ограниченным количеством различного оборудования и систем.

Но одним из неотъемлемых элементов большинства транспортных средств выступает дифференциал (ДФЦ). Он необходим в машине для обеспечения разных оборотов при вращении колёс. При этом не все понимают, зачем это нужно на автомобиле, кто отвечает за такие функции и как работает дифференциал.

Если говорить коротко, то дифференциалом называют элемент или механизм трансмиссии автомобиля, который предназначен для перераспределения крутящего момента, подводимого к нему. Именно это и придаёт колёсам разную угловую скорость по мере необходимости. Но этот компонент требует более детального изучения.

Зачем он нужен

Для начала нужно разобраться, что же такое дифференциалы в автомобилях. Не все знают, но в машинах колёса вращаются с несколько разной скоростью. Это наиболее становится заметным при входе в повороты. При таком манёвре каждое колесо преодолевает различное расстояние. Причём внутренние шины проходят меньшую дистанцию, чем внешние.

Это вызывает необходимость колёсам, которые преодолевают меньшую дистанцию, проехать одинаковое расстояние с внешними колёсами, но при меньшей скорости. То есть, когда автомобиль поворачивает влево, именно левые шины крутятся медленнее, а правые быстрее. И наоборот.

Не стоит забывать и о разнице в преодолеваемой дистанции между передними и задними колёсами.

Если это машина с моноприводом (передний или задний), здесь особой роли не играет разница скорости вращения между передними и задними покрышками. Они не связаны друг с другом и осуществляют своё вращение независимо.

Но при этом ведущие колёса всегда между собой связаны. Их вращение задаёт двигатель и трансмиссия. Причём им нужно приводить в движение оба колеса, но чтобы их скорость вращения была разной. И тут возникает закономерный вопрос касательно того, как это возможно, если двигатель только один. Именно здесь становится ясно, зачем машине нужен этот дифференциал. Чтобы оба ведущих колеса могли вращаться с разной скоростью.

При отсутствии ДФЦ даже поворот под небольшим углом становился бы целой проблемой, поскольку оба колеса вращались бы с одинаковой скоростью. Во время манёвра одно из них скользило или буксовало. Постоянные повороты в таком режиме быстро выводят из строя автомобильную ось.

Как вы понимаете, дифференциал действительно выполняет очень важную задачу, поскольку обеспечивает возможность комфортно и безопасно передвигаться по дорогам, легко входить в повороты и совершать развороты на ограниченном пространстве.

Нюансы применения

ДФЦ необходимы для обеспечения передачи крутящего момента на ведущие колёса и ведущие мосты. Если говорить применительно к грузовому и легковому транспорту, то здесь подавляющее большинство автомобилей, вне зависимости от типа привода, используют межколёсный тип дифференциалов. Он требуется для передачи необходимого вращения колёсам.

Также существует понятие межосевого ДФЦ, который отвечает за распределение момента между мостами. Такая конструкция используется только на машинах с полным приводом.

В зависимости от используемой зубчатой передачи, различают червячные, конические и цилиндрические механизмы. А если отталкиваться от количества зубцов на шестернях полуоси, то деление идёт на несимметричные и симметричные.

В случае с мостами машин на полном приводе, оптимальным выбором считается несимметричный тип с цилиндрической передачей. Это объясняется способностью такой системы распределять момент пропорционально.

Для транспортных средств, имеющих задний и полный привод, принято использовать конические симметричные ДФЦ. Но специалисты отмечают, что наиболее универсальным вариантом является именно червячный вариант. Он подходит для всех устройств и для всех видов привода.

Схема работы

Для чёткого понимания сути следует понять, как работает на автомобилях дифференциал.

Поскольку самым актуальным вариантом для легковых автомобилей выступает именно конический межколёсный ДФЦ, принцип работы системы стоит рассмотреть на его примере. Это позволит понять, как устроен и как функционирует автомобильный дифференциал в различных эксплуатационных условиях:

• при прямолинейном движении;
• в повороте;
• при пробуксовке.

Каждую ситуацию стоит рассмотреть отдельно.

1. Прямолинейное движение. Когда авто движется прямолинейно, нагрузки между колёсами распределяются равномерно. Они движутся с одинаковыми показателями угловой скорости. Расположенные в корпусе ДФЦ сателлиты не осуществляют вращения вокруг своей оси. Крутящий момент передаётся на полуоси с помощью неподвижного зубчатого зацепления от ведомой шестерни главной передачи.
2. Поворот. Здесь речь идёт уже о несколько ином принципе работы автомобильного дифференциала. В этой ситуации происходит распределение нагрузок и сил сопротивления определённым образом. У внутренних колёс с меньшим радиусом поворота воздействующее сопротивление обладает большей силой в сравнении с наружными колёсами. Поскольку нагрузка возрастает, это заставляет снижать их скорость вращения. При этом наружное колесо перемещается по большему радиусу, а потому угловая скорость увеличивается. Это необходимо для плавного поворота без явных пробуксовок. То есть ДФЦ задаёт колёсам разную угловую скорость. Когда полуось внутреннего колеса вращается с меньшей скоростью, это заставляет двигаться сателлиты. Они с помощью конической передачи повышают скорость вращения уже наружной покрышки. При этом крутящий момент, который идёт со стороны главной передачи, не меняется.
3. Пробуксовка. Даже если автомобиль движется прямолинейно, но в условиях бездорожья или скользкой дороги, появляются различные нагрузки, включая пробуксовки. Когда буксует одно колесо, оно теряет сцепление с поверхностью дорожного полотна. Параллельно второе колесо нагружается сильнее и его скорость вращения снижается. Это напоминает поворот по схеме движения. Только в этой ситуации машине наносится вред, поскольку пробуксовывающее колесо потенциально может взять на себя весь крутящий момент от дифференциала, а нагруженное прекратит своё вращение. Это заставит машину остановиться. Чтобы решить такую проблему, используются системы курсовой устойчивости, а также автоматическая и ручная блокировка межосевых дифференциалов, что актуально для внедорожных авто.

Вопрос блокировки вообще заслуживает отдельного внимания, поскольку без неё могут проявляться всевозможные недостатки классической конструкции ДФЦ.

Зачем нужна блокировка

Столкнувшись с ситуациями, когда в работу включаются сателлиты дифференциала, после нормализации состояния машины необходимо вернуть всё в исходное состояние, то есть колёсам снова нужен одинаковый крутящий момент. А для этого нужно заблокировать сателлиты, либо же передать момент на нагруженную колёсную ось.

Особенно это важно для автомобилей, которые характеризуются повышенной проходимостью и предназначены для бездорожья. То есть речь идёт о полноприводных транспортных средствах. И дело не только в самом бездорожье.

Подобные авто отличаются тем, что у них в конструкции предусмотрено сразу 3 ДФЦ. Два их них межколёсные, а ещё один межосевого типа. Если машина теряет сцепление с поверхностью хотя бы одним колесом, крутящий момент на всех остальных колёсах начнёт стремиться к нулю. И тогда ситуация обернётся тем, что авто ехать не сможет. Это к вопросу том, что такое блокировка для дифференциала на автомобиле и что даёт наличие данной системы.

Чтобы предотвратить подобные неприятные ситуации, существует так называемая блокировка дифференциала. Она бывает частичной и полной, а также делится на автоматическую и ручную.

Превосходно себя показали самоблокирующиеся ДФЦ. Их особенность заключается в распределении крутящего момента на основе анализа разности значений на полуосях, либо же на основании из параметров угловой скорости каждого из колёс.

Самой сложной с позиции реализации считается электронная блокировка. Она работает в тандеме с системой курсовой устойчивости, и они тесно взаимосвязаны друг с другом. Специальный датчик отвечает за контроль параметров, когда автомобиль движется. Получая информацию от контролеров, система меняет работу машины в автоматическом режиме. Водителю ничего для этого делать не приходится.

Классификация ДФЦ по способу блокировки

Несмотря на все свои объективные преимущества, свободный дифференциал характеризуется одним существенным недостатком. Когда одно из колёс начинает буксовать, сателлит при этом прокручивается и передаёт полный импульс вращения на буксующую покрышку. Это заставляет колесо вращается с большой скоростью. Но проблема в том, что соседняя шина, которая твёрдо стоит на земле, не вращается. Подобный процесс крайне опасен во время передвижения на высоких скоростях.

Не сложно представить, как на дороге образуется участок, который неравномерно покрылся слоем льда. Если проехать по такому участку на авто со свободным дифференциалом, не имеющем блокировки, это грозит опаснейшим неуправляемым заносом.

Чтобы предотвратить подобные опасные ситуации, дифференциалы начали в обязательном порядке дополнять системами блокировок.

При этом существует несколько вариантов блокировки дифференциалов, каждый из которых имеет свой принцип работы блокирующих механизмов. Рассматривают следующие методы:

• с ручной блокировкой;
• самоблокирующиеся;
• с электронным управлением.

Всё это позволяет решить проблему предотвращения пробуксовки. Суть всех систем заключается в том, чтобы временно остановить один из элементов механизма. Реализовать это можно путём блокирования одного колеса, полуоси, ДФЦ или всего двигателя.

В зависимости от способа реализации, принято рассматривать 3 блокировки.

Ручная

Автомобили с принудительной ручной блокировкой дифференциала встречаются достаточно часто, несмотря на наличие более современных и усовершенствованных систем.

Ручная блокировка считается самой простой, поскольку для её отключения требуется непосредственное участие самого водителя.

Для реализации этой функции в транспортном средстве устанавливают специальные кнопки или рычаги, расположенные непосредственно в салоне на определённом расстоянии от водителя, чтобы тот имел возможность легко дотянуться до органа управления.

Используя этот рычаг или кнопку, автомобили блокирует вращение сателлита вдоль собственной оси. В итоге планетарная передача становится стандартной обычной муфтой.

Такие процедуры переключения следует выполнять только тогда, когда автомобиль полностью остановился, а педаль сцепления была выжата до упора.

Опытные водители настоятельно советуют применять блокировку только тогда, когда автомобиль движется на небольшой скорости, преодолевая сложные участки бездорожья. Если ДФЦ отключить, управление практически пропадает, и машина будет стремиться двигаться прямолинейно.

Учитывая все эти нюансы, можно с уверенностью сказать, что управление ручной блокировкой требует обязательного наличия определённых навыков и мастерства от водителя. Ручная блокировка реализована на достаточно популярных внедорожниках, которые оснащаются жёстким типом рамы.

Самоблокировка

Самоблокирующиеся ДФЦ стали следующим шагом в усовершенствовании этого механизма. Система прекрасно подходит для полноприводных авто, но вот относительно того, нужна ли такая блокировка дифференциала в случае переднего привода, возникает много вопросов.

Если говорить применительно к полноприводным авто, то самоблокировка здесь проявляется себя очень достойно. Она была разработана с целью увеличения проходимости с параллельным упрощением самого управления транспортным средством. Всё же ручная блокировка, при всех своих достоинствах, в эксплуатации не особо удобная.

Можно выделить 2 главные системы самоблокирующихся ДФЦ.

1. Speed Sensitive. Подобные дифференциалы включаются в работу, когда полуоси начинают осуществлять своё вращение при разных показателях угловой скорости. Часть конструкции монтируется на чашке ДФЦ, а вторая располагается на полуоси. При нормальном движении рабочие элементы муфты осуществляют независимое движение, что не меняет вращаться полуосям. Если же угловая скорость одного колеса превосходит скорость другого, вискомуфта активизируется, что позволяет автоматически притормаживать. Когда скорость снижается, падает и сила трения, из-за чего узлы снова оказываются независимыми. Эти системы актуальны для тех, кто не собирается покорять сложное бездорожье, но хочет быть уверенным в безопасности при движении по грунтовке или просто в городских условиях.
2. Torque. Считается более современной и высокоэффективной системой. Эти ДФЦ включаются в работу, когда падает скорость вращения одной из имеющихся полуосей. Узел способен контролировать параметры скорости вращения, а также снижать их полностью в автоматическом режиме. Конструкция представлена в виде обычного свободного дифференциала, дополненного фрикционными подпружиненными гасителями скорости. Они располагаются между чашкой ДФЦ и полуосями. Действие основывается на гиподиной передаче, способной разблокироваться самопроизвольно.

Достаточно распространённый вариант системы, который дополнительно делится на 3 подвида. Их обозначают как Т1, Т2 и Т3.

Электронное управление

Важно понимать, что механическая блокировка не является единственной разработкой для современных автомобилей. Не только она позволяет улучить проходимость транспортных средств, а также повысить качество контроля за поведением машины на дороге в разных условиях.

Наглядным примером достойной альтернативы выступает система, где трансмиссия управляется специальной электроникой. Речь идёт о так называемом трекшн-контроле. Это схема, в которой реализован контроль тяги и сцепления автомобильных колёс. Основой трекшна выступает достаточно простой принцип. Система следит и корректирует частоту вращения колёс, используя для этого специальные датчики-контроллеры.

Когда колесо начинает пробуксовку, параллельно включается тормоз и крутящий момент переходить на иную полуось. Изначально может показаться, что в такой ситуации поведение машины будет аналогично ситуации, когда блокируется дифференциал. В действительности системы с электронным управлением оказались заметно эффективнее механических блокировок. Плюс они проще в конструктивном плане и обладают улучшенной надёжностью.

Интересной особенностью трекшн-контроля является то, что он не создаёт дополнительные помехи в работе дифференциала. Напротив, система очень удачно дополняет его.

Этим обусловлен тот факт, что современные внедорожники начали активно оснащать ДФЦ с электронным управлением. Эта система называется Traction Control.

Подводя итоги, можно сказать, что дифференциалы созданы для повышения уровня безопасности и комфорта при движении и маневрировании по трассам. Все недостатки, которые связывают с дифференциалами, относятся к их использованию в режиме экстремальных условий и бездорожья. И эту проблему также удалось решить с помощью различных систем блокировок.

Дифференциалы называют простыми, но в то же время невероятно важными компонентами трансмиссии. И это более чем справедливая характеристика для этих узлов.