Дифференциал автомобильный¶

Дифференциал — механизм в трансмиссии автомобиля, служащий для передачи крутящего момента от карданного вала к ведущим колёсам и одновременного обеспечения им возможности вращаться с разными угловыми скоростями. Это необходимо при движении по прямой и особенно при поворотах, когда колёса проходят разные дуги и, следовательно, должны вращаться с разной скоростью. Дифференциал является обязательным элементом конструкции большинства легковых автомобилей с задним, передним или полным приводом.

¶Принцип работы

В повороте внешнее колесо описывает дугу большего радиуса, чем внутреннее, и за одинаковое время проходит больший путь. Если бы колёса были жёстко связаны между собой, одно из них вынуждено было бы проскальзывать, что приводило бы к ускоренному износу шин, повышенной нагрузке на детали трансмиссии и ухудшению управляемости. Дифференциал решает эту задачу, распределяя момент между полуосями пропорционально сопротивлению их вращению.

Простейший симметричный дифференциал делит крутящий момент поровну между двумя полуосями. Если одно колесо теряет сцепление с дорогой (лёд, грязь, яма), оно начинает вращаться, а второе, имеющее хорошее сцепление, получает лишь половину момента — этого может быть недостаточно для движения. Именно поэтому на внедорожники и часть легковых автомобилей устанавливают механизмы блокировки.

¶Устройство

Классический дифференциал состоит из следующих элементов:

• Корпус («чашка») — жёстко связан с ведущей шестернёй главной передачи и вращается вместе с ней;
• Сателлиты — сферические шестерни, установленные на поперечном валу внутри корпуса;
• Планетарные шестерни (полуосевые шестерни) — связаны с каждой полуосью и находятся в зацеплении с сателлитами.

Крутящий момент подаётся на корпус через ведомую шестерню главной передачи. Корпус передаёт вращение сателлитам, а те, в свою очередь, — полуосевым шестерням. При движении по прямой сателлиты не вращаются вокруг собственной оси и вращают обе полуоси с одинаковой скоростью. В повороте сателлиты начинают катиться по зубьям полуосевых шестерен, позволяя одной полуоси ускоряться, а другой — замедляться.

¶Виды дифференциалов

По типу распределения момента различают:

Дифференциалы повышенного трения делятся на механические (с фрикционными дисками), вязкостные (с вискомуфтой) и электронные (с имитацией блокировки через тормозные механизмы).

¶Блокировка дифференциала

Для улучшения проходимости применяют принудительную или автоматическую блокировку дифференциала. Полная блокировка жёстко соединяет полуоси, заставляя колёса вращаться с одинаковой скоростью. На дорогах с хорошим покрытием это нежелательно, так как в повороте колёса проходят разные пути, и блокировка вызывает их проскальзывание и напряжение в трансмиссии. Поэтому блокировку включают только при необходимости — на бездорожье, в грязи, на песке или снегу.

Внедорожники часто оснащаются блокировкой межосевого дифференциала (распределяющего момент между передней и задней осями) и блокировкой межколёсных дифференциалов. Некоторые модели (например, Toyota Land Cruiser, Mercedes-Benz G-класса, Jeep Wrangler) имеют несколько блокировок, обеспечивающих максимальную проходимость.

¶Электронная имитация блокировки

На современных автомобилях вместо механической блокировки применяется электронная система: датчики фиксируют проскальзывание колеса, а блок управления подтормаживает его тормозным суппортом, перераспределяя момент на другое колесо. Такое решение дешевле механической блокировки, но менее эффективно при длительной пробуксовке и нагружает тормозную систему.

¶Применение

Дифференциалы используются не только в автомобилях, но и в тракторах, танках, железнодорожных локомотивах с электрической передачей, а также в промышленной технике. В велосипедах свободный ход (фрихаб) по конструкции схож с дифференциалом. В некоторых спортивных автомобилях применяют активные дифференциалы, управляющиеся электроникой и изменяющие распределение момента в зависимости от условий движения.

Исторически первые дифференциалы появились в XIX веке для карет, а на автомобилях они стали применяться в конце 1880-х годов. Основные типы конструкций были разработаны к началу XX века и с тех пор принципиально не изменились, усовершенствовались лишь материалы, допуски и системы управления.

Источники:

• Руководство по эксплуатации автомобилей ВАЗ
• Киселёв М.Н. «Конструкция и расчёт автомобилей»
• Венедиктов Л.А. «Автомобили: конструкция и расчёт»
• SAE International Technical Papers on Differential Design