Что такое автомобильный дифференциал: устройство, назначение и виды

Дифференциал – это устройство, которое предназначено для расщепления одного потока мощности на два независимых (или, наоборот, на сложение двух в один). Поскольку большинстве транспортных средств источник энергии один (то есть мотор), а ведущих колеса два, то в них приспособление также применяется. Поговорим подробнее, что это такое, каковы назначение и конструктивные особенности дифференциала, а также какие чаще всего встречаются неисправности.

Для чего нужен дифференциал в автомобиле

Узел выполняет 2 задачи:

• расщепляет один поток энергии на два разных;
• обеспечивает вращение ведущих колес транспортного средства с разной частотой.

С первым пунктом все понятно: источник вращения в транспортном средстве один, ведущих колес два (в случае с вездеходами или полноприводными автомобилями даже больше). Зачем же нужна разная скорость вращения? Это необходимо в первую очередь на поворотах. Если бы при их выполнении колеса вращались одинаково, машина попросту опрокинулась бы. Дифференциал разрывает жесткую связь между двумя частями ведущей оси и тем самым:

• повышает КПД авто;
• снижает расход топлива;
• предотвращает явление паразитной циркуляции мощности, которое возникает, если частота вращения колес не согласована;
• делает более надежным сцепление ведущих колес и дорожного покрытия.

Иными словами, узел обеспечивает разное вращение двух элементов или разделяет 1 поток вращения на 2 и более. Отсюда и его название – слово «differentia» в переводе с латинского языка означает «разница».

Как устроен дифференциал

В основе всех дифференциалов лежит планетарная передача, поскольку только она может обеспечить эффективное решение задач этого узла. Она представляет собой набор связанных друг с другом зубчатых колес. При этом их расположение очень напоминает расположение планет любой звездной системы: одна шестерня в центре находится, вокруг нее вращаются несколько других, а всю конструкцию опоясывает зубчатое кольцо. Именно в силу этого конструкция получила свое название.

Классическим межколесным дифференциалом считают трехзвездный. Он подразумевает использование 3 шестерен. Если взглянуть на фото разобранного устройства, можно увидеть, что оно состоит из следующих элементов.

• Коробка (также деталь называют чашка, водило). Корпус, в котором располагаются шестерни. Он служит ведущим звеном конструкции, так имеет зубцы на внутренней поверхности.
• Сателлиты. Представляют собой пару маленьких шестеренок, расположенных на одной оси и вращающихся в одной плоскости.
• Солнца. Так называют ведомые шестерни.
• Ведущая шестерня. Передает вращение с коробки передач на приспособление.

На традиционных заднеприводных транспортных средствах узел располагается на заднем мосту. На переднеприводных он находится на переднем мосту. А на транспорте, который имеет полный привод, 2 дифференциала – один на переднем, второй на заднем мосту.

Не следует путать узел с редуктором. Первый представляет собой сложную конструкцию из шестерен для изменения крутящего момента, а второй – просто зубчатая пара, которая предназначена для его передачи.

Как работает дифференциал

Рассмотрим, принцип функционирования дифференциального механизма на примере того, как реализуется его работа в разных условиях передвижения машины.

• Прямое. Здесь колеса обязательно должны одинаково вращаться. Это значит, что узел не должен изменять их скорость. Поэтому сателлиты не производят оборотов вокруг своей оси – они просто передают вращение.
• Поворот. При осуществлении поворота внутренне колесо испытывает большую нагрузку. Это воздействует на сателлиты, в результате чего они приходят в движение. Затем, используя коническую передачу, заставляют второе колесо передвигаться в большей скоростью и своевременно преодолеть большее, чем у внутреннего, расстояние. Таким образом, поворот выполняется согласованно и без буксования.

Подобный принцип работы имеет и недостатки, которые проявляются при пробуксовке. Во время нее одно из колес также испытывает нагрузку. Дифференциальный механизм из-за этого передает больше вращения на второе. Иногда это приводит к почти полной остановке первого колеса, имеющего хороший контакт с дорогой. Такое затруднение устраняют двумя различными способами:

• ручной блокировкой;
• установкой системы курсовой устойчивости.

Наглядно посмотреть на работу устройства можно, воспользовавшись трехмерной кинематической схемой, где все его составные части продемонстрированы в движении и взаимодействии между собой.

Виды дифференциалов

Дифференциальные механизмы бывают нескольких разновидностей. Деление производят по определенным факторам.

В зависимости от геометрии шестерен, которые входят в состав устройства, оно может быть:

• коническим;
• цилиндрическим;
• червячным.

Наиболее распространен 1-й тип.

По особенностям конструкции приспособление делят на следующие разновидности.

• Традиционный (еще его называют свободным). Классическое устройство с минимумом конструктивных элементов, описанное выше.
• Двойной. Более сложный вариант конструкции. По сути, имеет по дифференциалу на каждой полуоси, на которые крутящий момент поступает из редуктора.
• Квайф. Более совершенная схема, которая была изобретена в 1965 году. Имеет на 1, а 5 пар сателлитов. Подвержена сильному износу со временем. Обеспечивает разделение крутящего момента почти в любых условиях передвижения.
• Торсен. Червячный дифференциал, разработанный в 1950-х годах. Шестерни, которые находятся на полуосях, образуют с сателлитами червячную пару, которая и обеспечивает разницу вращения. Является одной из самых надежных конструкций, способной выдержать серьезные нагрузки. В настоящее время используется усовершенствованная версия Торсен.

В зависимости от типа корпуса устройство может быть:

• открытым – в чашке имеются прорези, отверстия;
• закрытым – чашка целостна, не имеет отверстий.

В зависимости от типа стабилизации работы устройства делят на следующие виды.

• С дисковой блокировкой. Конструкция предусматривает наличие дисков, которые разобщают шестерни. В результате вращение колес выравнивается. Подобная механика особенно эффективна при пробуксовке.
• Кулачковый. В данном случае шестерни разобщаются с помощью кулачковых муфт.
• Вискомуфтный. В конструкции имеется так называемая вискомуфта – 2 блока, расположенных в вязкой жидкости. Одна соединен с ротором, вторая с полуосями. При существенной разнице во вращении блоков жидкость становится более вязкой. За счет этого скорость стабилизируется.

Перечисленные межосевые дифференциалы называют активными, поскольку они чувствительны к крутящему моменту и могут самостоятельно разобщать сателлиты.

Дифференциальные механизмы могут различаться и по реализации блокировки. Она бывает 2 видов.

• Ручная. Осуществляется по команде водителя транспортного средства из салона авто.
• Автоматическая (еще ее называют электронной). Блокировку здесь выполняет ЭБУ. Это происходит автоматически, без участия водителя, на основе показаний датчиков.

Преимущества и недостатки

Применение дифференциального механизма имеет как преимущества, так и недостатки. К основным плюсам можно отнести следующие.

• Возможность безопасного и эффективного выполнения поворотов. При отсутствии устройства в конструкции автомобиля транспортное средство пробуксовывало бы на них. Это привело бы к существенному снижению маневренности, а также к значительному повышению нагрузки на трансмиссию и другие узлы машины.
• Надежность. Устройство способно выдержать существенные нагрузки.

А это – минусы узла.

• Необходимость блокировки в некоторых условиях передвижения. Уже говорилось, что при пробуксовке дифференциал может почти остановить колесо, сохранившее надежное сцепление с покрытием. Это требует блокировать его в некоторых условиях. К ним можно отнести передвижение по льду, снегу, сложным дорогам.
• Необходимость следить за состоянием узла. Конструкция испытывает значительные нагрузки во время передвижения транспортного средства. Поэтому со временем ее элементы изнашиваются. Это требует от водителя постоянно следить за их состоянием и менять на новые при сильном износе.

Возможные неисправности и как их устранить

О том, что дифференциал неисправен, могут свидетельствовать следующие признаки:

• шум во время работы устройства;
• удары во время передвижения транспортного средсва;
• стук во время езды;
• протекание смазки.

К наиболее распространенным неисправностям устройства можно отнести следующие.

• Заклинивание моста. Вызывается смещением оси сателлитов. Неисправность проявляется в полной неспособности задних колес вращаться или неравномерном вращении. Проблема решается разборкой дифференциального механизма и установкой сателлитов на место.
• Протечка масла. Если в дифференциал попадают излишки масла, это приводит к повышенным нагрузкам на его конструктивные элементы. В результате происходит их повышенный износ. Решается проблема устранение протечки.
• Повреждение подшипника. Может быть вызвано износом. Решается полной заменой подшипника.
• Износ зубцов шестерен. Происходит естественным образом из-за повышенных нагрузок. Тоже решается путем замены изношенной детали.

В некоторых случаях элементы с признаками износа менять не обязательно. Это касается в первую очередь шлицев, опорных шайб, сателлитов. Иногда бывает достаточно подшлифовать их наждачной бумагой. Однако такие действия возможны только при малой степени износа. Если он значительный, все-таки требуется полная замена.