Автомобильный дифференциал: устройство, неисправности и методика выбора
Содержание
В технической документации полноценных внедорожников, некоторых кроссоверов и полноприводных городских автомобилей имеется фраза «блокировка дифференциала». Разберемся, что это такое, какое его назначение в машине, как он работает, а также как подобрать новый взамен вышедшего из строя.
Что такое дифференциал машины
Дифференциал в автомобиле это элемент трансмиссии. Он обеспечивает независимое вращение ведущих колес, но при этом передает на каждое из них одинаковый крутящий момент.
Данный элемент особенно важен для стабильности автомобиля на виражах. Из физики нам известно, что при повороте колесо, находящееся на внутренней части полукруга проходит меньший путь, чем колесо, которое находится на внешней стороне круга. В случае с ведомыми колесами это вообще не ощущается.
Что же касается ведущих колес, то если бы в трансмиссии не было дифференциала, на виражах любой автомобиль значительно терял бы в стабильности. Проблема в том, что внешнее и внутреннее колеса на повороте должны вращаться с разной скоростью, чтобы сохранялось сцепление с дорожным покрытием. В противном случае одно из колес либо скользило бы, либо пробуксовывало.
Дифференциал устанавливается на ведущую ось. В случае с автомобилями с полным приводом (класс SUV или 4х4) этот механизм имеется на всех осях.
В некоторых автомобилях выполняется заварка дифференциала специально для того, чтобы автомобиль дрифтовал. Примером тому служат поноприводные раллийные машины, имеющие заваренный дифференциал. Однако для обычной городской езды лучше использовать заводской или, как его еще называют, открытый дифференциал.
История создания и назначение дифференциала
Конструкция дифференциала появилась практически одновременно с началом производства транспортных средств, оснащенных двигателем внутреннего сгорания. Разница была лишь в пару лет.
Первые машины были настолько нестабильными на поворотах, что инженерам пришлось ломать голову над тем, как бы передать одинаковую тягу на ведущие колеса, но при этом сделать так, чтобы они могли вращаться с разными скоростями на виражах.
Хотя нельзя сказать, что сам механизм был разработан после появления автомобилей с ДВС. Дело в том, что для решения управляемости первых авто была позаимствована разработка, которая до того применялась на паровых повозках.
Сам механизм был разработан инженером из Франции – Онесифором Пеккёром в 1825-м году. Работу над проскальзывающим колесом в машине продолжил Фердинанд Порше. При сотрудничестве его компании вместе с ZF AG (Friedrichshafen) был разработан кулачковый дифференциал (1935 год).
Массовое применение LSD-дифференциалов началось, начиная с 1956 года. Технологией пользовались все автопроизводители, так как она открывала новые возможности для четырехколесного транспорта.
Устройство дифференциала
За основу дифференциала был взят редуктор с планетарной передачей. Простой редуктор состоит из двух шестерен, которые имеют разное количество зубьев одинакового размера (для постоянного зацепления).
Когда вращается большая шестеренка, меньшая выполняет больше оборотов вокруг своей оси. Планетарная модификация обеспечивает не только передачу крутящего момента на приводную ось, но и преобразует его так, чтобы скорости ведущего и ведомого валов были разными. Помимо обычно шестеренчатой передачи в планетарных редукторах применяется несколько дополнительных элементов, которые взаимодействуют с тремя основными.
Дифференциал использует весь потенциал редукторов планетарного типа. Благодаря тому, что такой механизм имеет две степени свободы и позволяют менять передаточное число, такие механизмы оказались эффективными для обеспечения стабильности ведущих колес, вращающихся с разной скоростью.
В устройство дифференциала входят:
- Корпус или чашка дифференциала. В нем закреплена вся планетарная передача и шестерни;
- Шестерни полуосей (чаще всего используется солнечный тип). Принимают крутящий момент от сателлитов и передают на ведущие колеса;
- Ведомая и ведущая шестерни главной передачи;
- Сателлиты. Выполняют функцию шестерен планетарного механизма. Если автомобиль легковой, то таких деталей в одном механизме будет два. У внедорожников и грузовиков планетарная передача имеет 4 сателлита.
Схема работы дифференциала
Существует две разновидности подобных механизмов – это симметричный и несимметричный дифференциал. Первая модификация способна передавать крутящий момент на полуоси в равной степени. На их работу не влияют угловые скорости ведущих колес.
Вторая модификация обеспечивает регулировку крутящего момента между колесами ведущей оси, если они начинают вращаться с разной скоростью. Нередко такой дифференциал устанавливается между осями полноприводного транспорта.
Подробней о режимах работы дифференциала. Механизм по-разному срабатывает при таких ситуациях:
- Машина прямо едет;
- Автомобиль выполняет маневр;
- Ведущие колеса начинают буксовать.
Вот как действует дифференциал:
При прямолинейном движении
Когда машина едет прямо, сателлиты просто являются связующим звеном между осевыми шестернями. Колеса автомобиля вращаются с одинаковой скоростью, поэтому чашка вращается, как единая труба, которая соединяет обе полуоси.
Крутящий момент распределяется между двумя колесами равномерно. Обороты колес соответствуют оборотам ведущей шестерни.
При повороте
Когда машина выполняет маневр, колесо, находящееся во внешнем радиусе поворота, совершает больше оборотов, чем то, что находится на внутреннем радиусе поворота. Внутреннее колесо сталкивается с большим сопротивлением, так как крутящий момент для внешнего колеса увеличивается, а дорога не позволяет ему вращаться с соответствующей скоростью.
В этом случае вступают в игру сателлиты. Шестерня внутренней полуоси замедляется, из-за чего планетарная передача в чашке начинает вращение в противоположную сторону. Такой механизм позволяет сохранить стабильность авто даже на крутых и затяжных поворотах. Также он предотвращает чрезмерный износ покрышки замедляющегося колеса.
При пробуксовке
Третья ситуация, в которой оказывается полезным дифференциал – пробуксовка одного из колес. Такое, например, случается, когда машина попадает в грязь или движется по гололеду. В этом режиме дифференциал работает по совершенно иному принципу, чем во время поворота.
Дело в том, что при пробуксовке вывешенное колесо начинает свободно вращаться, что приводит к потере крутящего момента на то колесо, которое имеет достаточное сцепление с дорожным покрытием. Если бы дифференциал работал в режиме поворота, попав в грязь или на гололед, автомобиль вообще остановился бы, так как тяга вообще пропала бы.
Чтобы устранить подобную проблему, инженерами был разработан блокируемый дифференциал. О его работе поговорим немного позже. Прежде стоит рассмотреть существующие модификации дифференциалов и их отличия.
Типы дифференциалов
Если автомобиль имеет одну ведущую ось, то он будет оснащен межколесным дифференциалом. В полноприводном ТС используется межосевой дифференциал. На переднеприводных машинах такой механизм также называется передний дифференциал, а модели в заднеприводных авто называются задним дифференциалом.
Данные механизмы распределяются на три категории по типу зубчатых передач:
- Конический дифференциал;
- Червячный дифференциал;
- Цилиндрический дифференциал.
Различаются они между собой формой главной и осевых шестерен. Конические модификации устанавливаются в переднее- и заднеприводных машинах. Цилиндрические применяются в полноприводных моделях, а червячные подходят для любых типов трансмиссий.
В зависимости от модели автомобиля и дорожной обстановки, в которой эксплуатируется транспортное средство, полезными окажутся следующие типы дифференциалов:
- Механическая блокировка;
- Самоблокирующийся дифференциал;
- Электроблокировка.
Механически блокируемые дифференциалы
В этой модификации сателлиты блокируются самим водителем при помощи специальных переключателей на колесах. Когда машина совершает прямолинейное движение или поворачивает, дифференциал работает в обычном режиме.
Как только авто попадает на дорогу с нестабильным покрытием, например, заезжает в лес с грязью или на заснеженную дорогу, водитель переводит рычаги в нужное положение, благодаря чему работа сателлитов блокируется.
В таком режиме планетарная передача не работает, и автомобиль в принципе оказывается без дифференциала. Все ведущие колеса вращаются с одинаковой скоростью, что предотвращает пробуксовку, а тяга сохраняется на всех колесах.
Подобные механизмы имеют более простое устройство и устанавливаются на некоторых бюджетных внедорожниках, как например, в отечественных УАЗах. Так как при медленном движении по грязи покрышки не изнашиваются чрезмерно, подобная конструкция не вредит шинам авто.
Самоблокирующийся дифференциал
В этой категории несколько разновидностей механизмов. Примером подобных устройств являются:
- LSD. В таких редукторах при чрезмерно высоком вращении одной из полуосей происходит автоматическая блокировка сателлитов. Это предотвращает потерю тяги у стабильного колеса;
- Вязкостная муфта. В таких дифференциалах используется вязкое вещество на основе силикона. В прохладном состоянии она сохраняется в жидком состоянии. Как только она начинает нагреваться и перемешиваться, свойства вещества меняются, и оно приобретает клейкую структуру, что увеличивает его вязкость. Эта характеристика увеличивается с повышением разницы во вращении полуосей. Вискомуфты имеют несколько существенных недостатков. Во-первых, они не ремонтируются. Когда вещество теряет свои свойства, весь блок нуждается в замене. Во-вторых, блокировка происходит при сильной пробуксовке колеса, поэтому машина не всегда эффективно справляется с бездорожьем. Несмотря на эти недостатки, механизм отличается бюджетной ценой. Большинство недорогих кроссоверов оснащаются именно такими дифференциалами.
- Torsen. В торсенах используется червячная блокировка. Когда коэффициент крутящего момента на одной полуоси повышается или понижается в соотношении со второй полуосью, срабатывает блокировка. Такая технология применяется, например, на автомобилях Audi. Устройство также можно отнести к категории механически блокируемых механизмов. Оно считается самым надежным среди всех разновидностей дифференциалов и отличается своей простотой. По этой причине они имеют высокую стоимость.
Электроблокировка
Такие дифференциалы связаны с электроникой автомобиля. Они считаются самыми дорогими, так как имеют сложное строение и привод блокировки. Данный механизм связан с ЭБУ автомобиля, который получает данные от систем, следящих за вращением колес, например,ABS. В некоторых автомобилях можно отключить автоматическую блокировку. Для этого на панели управления имеется специальная кнопка.
Преимущество электронных вариантов в том, что они позволяют установить несколько степеней блокировки. Еще один плюс таких механизмов в том, что они отлично помогают справиться с избыточной поворачиваемостью. В таких моделях крутящий момент подается на шестерню полуоси, которая вращается с меньшей скоростью.
Подробнее о блокировке дифференциала
Любой межколесный дифференциал имеет существенный недостаток – крутящий момент автоматически подается на колесо, которое вращается сильнее. Из-за этого второе колесо, которое имеет достаточное сцепление с дорогой, теряет тягу. По этой причине такой редуктор не даст возможности самостоятельно выбраться из грязи или сугроба.
Как уже было сказано раньше, проблема решается блокировкой сателлитов. Существует два режима блокировки:
- Полная блокировка осуществляется благодаря тому, что все элементы редуктора имеют жесткую сцепку. Благодаря этому колесо с наилучшим сцеплением с дорогой получает достаточный крутящий момент;
- Частичная блокировка возможна благодаря изменению коэффициента блокировки. Когда автомобиль едет по прямой, этот коэффициент равняется 1. Как только в симметричном дифференциале происходит блокировка сателлитов, этот коэффициент меняется на значение от 3 до 5. В этом случае пробуксовывающее колесо продолжает вращаться, но на него поступает уже меньший крутящий момент.
Вот видео о том, зачем блокируют дифференциал:
Неисправности дифференциалов
Учитывая, что в конструкции любого дифференциала используется взаимодействие шестерен и осей, такой механизм подвержен быстрому износу и поломкам. На элементы планетарного механизма оказывается серьезная нагрузка, поэтому без должного обслуживания они быстро выйдут из строя.
Хотя шестерни изготавливаются из прочных материалов, на механизм стоит обратить внимание, если при езде увеличился шум, стук и вибрации, которых раньше не было. Также тревожный момент – течь смазки. Хуже всего, если механизм заклинивает. Однако при должном обслуживании такое происходит крайне редко.
В автосервис нужно обратиться, как только появляется течь масла из корпуса редуктора. Производить проверку узла можно и самостоятельно. Помимо визуального осмотра после поездки можно проверить температуру масла в картере редуктора. При нормальной работе механизма этот показатель будет составлять около 60 градусов. Если дифференциал нагревается намного сильнее, значит стоит обратиться за консультацией к специалисту.
В рамках планового обслуживания следует проверять уровень смазки и ее качество. Каждый производитель масла для трансмиссии устанавливает свой регламент по его замене. Не стоит игнорировать эту рекомендацию, так как в масле могут находиться мелкие абразивные частицы, которые будут портить зубья шестерен, а также разрушать масляную пленку, предотвращающую трение металлических деталей.
Если в результате визуального осмотра было замечено подтекание центрального дифференциала или наблюдается похожая проблема у аналогов переднеприводного авто, следует заменить сальник. Снижение уровня смазки приводит к повышенному трению деталей, что значительно сокращает рабочий ресурс устройства. Работа редуктора на сухую приводит в негодность сателлиты, подшипник и осевые шестерни.
Самостоятельную диагностику дифференциала проводят следующим образом. Вначале поддомкрачивают ведущую ось авто. Коробка передач переводится в нейтральное положение. Одно колесо вращается сначала в одну, а затем в другую сторону. Та же процедура делается со вторым колесом.
При исправном дифференциале вращение колес будет происходить без люфта и шума. Также некоторые неисправности можно устранить самостоятельно. Для этого редуктор снимают, разбирают и промывают все его элементы в бензине (чтобы выявить дефектные места). Во время выполнения этой процедуры можно обнаружить люфт сателлитов и выработку на шестернях.
Изношенные элементы удаляют, а вместо них производится установка новых деталей. В основном замене подлежат сателлиты, подшипники и сальники, так как они быстрее выходят из строя. Регулировка сателлитов проводится путем подбора шестерен с минимальным зазором между зубьями.
Вот еще одно видео о том, как регулировать преднатяг подшипника дифференциала:
Поиск нового дифференциала
Несмотря на то, что межколесный или центральный дифференциал легко найти на рынке автозапчастей, его стоимость достаточно высока (новая деталь может стоить от сотни до тфсячи долларов). По этой причине большинство автомобилистов редко соглашаются на полную замену механизма.
Новый механизм или его отдельные элементы можно найти так же, как и обычные автозапчасти. Легче всего прийти в магазин и попросить конкретную деталь для данного автомобиля. Однако это действует в случае, если автомобиль не модернизировался. В противном случае деталь подбирается по коду узла или по модели авто, из которого была снята запчасть.
Лучше всего искать деталь по данным автомобиля, а не по коду изделия, так как эти символы можно найти только после демонтажа механизма. Данный узел имеет очень много модификаций. Даже для одной и той же марки машины могут использоваться разные дифференциалы.
Учитывая этот момент, крайне сложно найти идеальный аналог с другого автомобиля. Что же касается покупки дифференциала на вторичном рынке, то это оставлено на страх и риск самого автовладельца, так как разобрать и проверить состояние детали никто не даст. Это увеличивает риск купить сильно изношенный механизм.
Подводя итог, стоит сказать, что без дифференциала невозможно создать безопасный и эффективный автомобиль, хотя любители покрутить пятаки на сухом асфальте с этим поспорят.
Вопросы и ответы:
Что такое дифференциал в машине простыми словами? Это механический элемент, который устанавливается между полуосями ведущих колес. Крутящий момент передается на корпус дифференциала через кардан, а дальше он через независимые шестерни поступает на колеса.
Для чего нужен дифференциал в автомобиле? Этот механизм обеспечивает передачу крутящего момента на ведущие колеса, но при выполнении маневров или во время езды по неровностям позволяет колесам вращаться с разной скоростью.
Где находится дифференциал в автомобиле? Этот механизм устанавливается на ведущей оси между полуосями. В полноприводных машинах и моделях с подключаемым полным приводом он устанавливается на каждой оси.
Какой автомобиль имеет межосевой дифференциал? Во всех автомобилях имеется межколесный дифференциал (стоит между полуосями). Межосевой дифференциал используется только в полноприводных моделях авто (он устанавливается между осями).
