Автомобільний диференціал: пристрій, несправності і методика вибору

У технічній документації повноцінних позашляховиків, деяких кросоверів і повнопривідних міських автомобілів є фраза «блокування диференціала». Розберемося, що це таке, яке його призначення в машині, як він працює, а також як підібрати новий натомість вийшов з ладу.

Що таке диференціал машини

Диференціал в автомобілі це елемент трансмісії. Він забезпечує незалежне обертання ведучих коліс, але при цьому передає на кожне з них однаковий крутний момент.

Даний елемент особливо важливий для стабільності автомобіля на віражах. З фізики нам відомо, що при повороті колесо, що знаходиться на внутрішній частині півкола проходить менший шлях, ніж колесо, яке знаходиться на зовнішній стороні кола. У випадку з відомими колесами це взагалі не відчувається.

Що ж стосується ведучих коліс, то якби в трансмісії не було диференціала, на віражах будь-який автомобіль значно втрачав би в стабільності. Проблема в тому, що зовнішнє і внутрішнє колеса на повороті повинні обертатися з різною швидкістю, щоб зберігалося зчеплення з дорожнім покриттям. В іншому випадку одне з коліс або линула б, або пробуксовувало.

Диференціал встановлюється на провідну вісь. У випадку з автомобілями з повним приводом (клас SUV або 4х4) цей механізм є на всіх осях.

У деяких автомобілях виконується заварка диференціала спеціально для того, щоб автомобіль дріфтовал. Прикладом цього є понопріводние ралійні машини, що мають заварений диференціал. Однак для звичайної міської їзди краще використовувати заводський або, як його ще називають, відкритий диференціал.

Історія створення і призначення диференціала

Конструкція диференціала з'явилася практично одночасно з початком виробництва транспортних засобів, оснащених двигуном внутрішнього згоряння. Різниця була лише в пару років.

Перші машини були настільки нестабільними на поворотах, що інженерам довелося ламати голову над тим, як би передати однакову тягу на провідні колеса, але при цьому зробити так, щоб вони могли обертатися з різними швидкостями на віражах.

Хоча не можна сказати, що сам механізм був розроблений після появи автомобілів з ДВС. Справа в тому, що для вирішення керованості перших авто була запозичена розробка, яка до того застосовувалася на парових візках.

Сам механізм був розроблений інженером з Франції - Онесіфором Пеккер в 1825-му році. Роботу над прослизають колесом в машині продовжив Фердинанд Порше. При співпраці його компанії разом з ZF AG (Friedrichshafen) був розроблений кулачковий диференціал (1935 рік).

Масове застосування LSD-диференціалів почалося, починаючи з 1956 року. Технологією користувалися всі автовиробники, так як вона відкривала нові можливості для чотириколісного транспорту.

пристрій диференціала

За основу диференціала був узятий редуктор з планетарною передачею. Простий редуктор складається з двох шестерень, які мають різну кількість зубів однакового розміру (для постійного зачеплення).

Коли обертається велика шестерня, менша виконує більше обертів навколо своєї осі. Планетарна модифікація забезпечує не тільки передачу крутного моменту на приводную вісь, а й перетворює його так, щоб швидкості ведучого і веденого валів були різними. Крім зазвичай шестеренчатой ​​передачі в планетарних редукторах застосовується кілька додаткових елементів, які взаємодіють з трьома основними.

Диференціал використовує весь потенціал редукторів планетарного типу. Завдяки тому, що такий механізм має два ступені свободи і дозволяють змінювати передавальне число, такі механізми виявилися ефективними для забезпечення стабільності провідних коліс, що обертаються з різною швидкістю.

У пристрій диференціала входять:

• Корпус або чашка диференціала. У ньому закріплена вся планетарна передача і шестерні;
• Шестерні піввісь (найчастіше використовується сонячний тип). Приймають крутний момент від сателітів і передають на провідні колеса;
• Ведена і ведуча шестерні головної передачі;
• Сателіти. Виконують функцію шестерень планетарного механізму. Якщо автомобіль легковий, то таких деталей в одному механізмі буде два. У позашляховиків і вантажівок планетарна передача має 4 сателіти.

Схема роботи диференціала

Існує два різновиди подібних механізмів - це симетричний і несиметричний диференціал. Перша модифікація здатна передавати крутний момент на півосі в рівній мірі. На їх роботу не впливають кутові швидкості ведучих коліс.

Друга модифікація забезпечує регулювання крутного моменту між колесами провідної осі, якщо вони починають обертатися з різною швидкістю. Нерідко такий диференціал встановлюється між осями повнопривідного транспорту.

Детальніше про режими роботи диференціала. Механізм по-різному спрацьовує при таких ситуаціях:

• Машина прямо їде;
• Автомобіль виконує маневр;
• Провідні колеса починають буксувати.

Ось як діє диференціал:

Як працює диференціал autostuk.ru

При прямолінійному русі

Коли машина їде прямо, сателіти просто є сполучною ланкою між осьовими шестернями. Колеса автомобіля обертаються з однаковою швидкістю, тому чашка обертається, як єдина труба, яка з'єднує обидві півосі.

Крутний момент розподіляється між двома колесами рівномірно. Обороти коліс відповідають оборотам провідної шестерні.

при повороті

Коли машина виконує маневр, колесо, яке перебуває в зовнішньому радіусі повороту, робить більше оборотів, ніж те, що знаходиться на внутрішньому радіусі повороту. Внутрішнє колесо стикається з великим опором, так як крутний момент для зовнішнього колеса збільшується, а дорога не дозволяє йому обертатися з відповідною швидкістю.

У цьому випадку вступають в гру сателіти. Шестерня внутрішньої піввісь сповільнюється, через що планетарна передача в чашці починає обертання в протилежну сторону. Такий механізм дозволяє зберегти стабільність авто навіть на крутих і затяжних поворотах. Також він запобігає надмірний знос покришки замедляющегося колеса.

При ковзанні

Третя ситуація, в якій опиняється корисним диференціал - пробуксовка одного з коліс. Таке, наприклад, трапляється, коли машина потрапляє в бруд або рухається по ожеледі. В цьому режимі диференціал працює за зовсім іншим принципом, ніж під час повороту.

Справа в тому, що при пробуксовці вивішене колесо починає вільно обертатися, що призводить до втрати крутного моменту на те колесо, яке має достатнє зчеплення з дорожнім покриттям. Якби диференціал працював в режимі повороту, потрапивши в бруд або на ожеледь, автомобіль взагалі зупинився б, так як тяга взагалі пропала б.

Щоб усунути цю проблему, інженерами був розроблений блокується диференціал. Про його роботу поговоримо трохи пізніше. Перш варто розглянути існуючі модифікації диференціалів і їх відмінності.

типи диференціалів

Якщо автомобіль має одну провідну вісь, то він буде оснащений міжколісним диференціалом. У повноприводному ТЗ використовується міжосьовий диференціал. На передньопривідних машинах такий механізм також називається передній диференціал, а моделі в задньопривідних авто називаються заднім диференціалом.

Дані механізми розподіляються на три категорії за типом зубчастих передач:

• Конічний диференціал;
• Черв'ячний диференціал;
• Циліндричний диференціал.

Розрізняються вони між собою формою головною і осьових шестерень. Конічні модифікації встановлюються в переднє і задньопривідних машинах. Циліндричні застосовуються в повнопривідних моделях, а черв'ячні підходять для будь-яких типів трансмісій.

Залежно від моделі автомобіля і дорожньої обстановки, в якій експлуатується транспортний засіб, корисними виявляться такі типи диференціалів:

1. Механічне блокування;
2. Диференціал;
3. Електроблокування.

Механічно блокуються диференціали

У цій модифікації сателіти блокуються самим водієм за допомогою спеціальних перемикачів на колесах. Коли машина здійснює прямолінійний рух або повертає, диференціал працює в звичайному режимі.

Як тільки авто потрапляє на дорогу з нестабільним покриттям, наприклад, заїжджає в ліс з брудом або на засніжену дорогу, водій переводить важелі в потрібне положення, завдяки чому робота сателітів блокується.

У такому режимі планетарна передача не працює, і автомобіль в принципі виявляється без диференціала. Всі провідні колеса обертаються з однаковою швидкістю, що запобігає пробуксовку, а тяга зберігається на всіх колесах.

Подібні механізми мають більш простий пристрій і встановлюються на деяких бюджетних позашляховиках, як наприклад, у вітчизняних Уазах. Так як при повільному русі по бруду покришки не зношуються надмірно, подібна конструкція не шкодить шинам авто.

диференціал

У цій категорії кілька різновидів механізмів. Прикладом подібних пристроїв є:

• LSD. У таких редукторах при надмірно високому обертанні однієї з півосей відбувається автоматичне блокування сателітів. Це запобігає втраті тяги у стабільного колеса;
• Вязкостная муфта. У таких диференціалах використовується в'язке речовина на основі силікону. У холодному стані вона зберігається в рідкому стані. Як тільки вона починає нагріватися і перемішуватися, властивості речовини змінюються, і воно набуває клейку структуру, що збільшує його в'язкість. Ця характеристика збільшується з підвищенням різниці в обертанні піввісь. Віскомуфти мають кілька суттєвих недоліків. По-перше, вони не ремонтуються. Коли речовина втрачає свої властивості, весь блок потребує заміни. По-друге, блокування відбувається при сильній пробуксовці колеса, тому машина не завжди ефективно справляється з бездоріжжям. Незважаючи на ці недоліки, механізм відрізняється бюджетною ціною. Більшість недорогих кросоверів оснащуються саме такими диференціалами.
• Torsen. У Торсеном використовується черв'ячна блокування. Коли коефіцієнт крутного моменту на одній півосі підвищується або знижується в співвідношенні з другої полуосью, спрацьовує блокування. Така технологія застосовується, наприклад, на автомобілях Audi. Пристрій також можна віднести до категорії механічно блокуються механізмів. Воно вважається найнадійнішим серед всіх різновидів диференціалів і відрізняється своєю простотою. З цієї причини вони мають високу вартість.

електроблокування

Такі диференціали пов'язані з електронікою автомобіля. Вони вважаються найдорожчими, так як мають складну будову і привід блокування. Даний механізм пов'язаний з ЕБУ автомобіля, який отримує дані від систем, що стежать за обертанням коліс, наприклад, ABS. У деяких автомобілях можна відключити автоматичне блокування. Для цього на панелі управління є спеціальна кнопка.

Перевага електронних варіантів в тому, що вони дозволяють встановити кілька ступенів блокування. Ще один плюс таких механізмів в тому, що вони відмінно допомагають впоратися з надмірною поворачиваемостью. У таких моделях крутний момент подається на шестерню піввісь, яка обертається з меншою швидкістю.

Детальніше про блокування диференціала

Будь міжколісний диференціал має істотний недолік - крутний момент автоматично подається на колесо, яке обертається сильніше. Через це друге колесо, яке має достатнє зчеплення з дорогою, втрачає тягу. З цієї причини такої редуктор не дасть можливості самостійно вибратися з багнюки або замету.

Як вже було сказано раніше, проблема вирішується блокуванням сателітів. Існує два режими блокування:

• Повне блокування здійснюється завдяки тому, що всі елементи редуктора мають жорстку зчеплення. Завдяки цьому колесо з найкращим зчепленням з дорогою отримує достатній крутний момент;
• Часткове блокування можлива завдяки зміні коефіцієнта блокування. Коли автомобіль їде по прямій, цей коефіцієнт дорівнює 1. Як тільки в симетричному диференціалі відбувається блокування сателітів, цей коефіцієнт змінюється в діапазоні між 3 до 5. У цьому випадку пробуксовує колесо продовжує обертатися, але на нього надходить уже менший крутний момент.

Ось відео про те, навіщо блокують диференціал:

Навіщо блокують диференціал на позашляховиках, і що це таке

несправності диференціалів

З огляду на, що в конструкції будь-якого диференціала використовується взаємодія шестерень і осей, такий механізм схильний до швидкого зносу і поломок. На елементи планетарного механізму виявляється серйозне навантаження, тому без належного обслуговування вони швидко вийдуть з ладу.

Хоча шестерні виготовляються з міцних матеріалів, на механізм варто звернути увагу, якщо при їзді збільшився шум, стукіт і вібрації, яких раніше не було. Також тривожний момент - текти мастила. Найгірше, якщо механізм заклинює. Однак при належному обслуговуванні таке відбувається вкрай рідко.

В автосервіс потрібно звернутися, як тільки з'являється текти масла з корпусу редуктора. Виробляти перевірку вузла можна і самостійно. Крім візуального огляду після поїздки можна перевірити температуру масла в картері редуктора. При нормальній роботі механізму цей показник становитиме близько 60 градусів. Якщо диференціал нагрівається набагато сильніше, значить варто звернутися за консультацією до фахівця.

В рамках планового обслуговування слід перевіряти рівень мастила і її якість. Кожен виробник олії для трансмісії встановлює свій регламент по його заміні. Не варто ігнорувати цю рекомендацію, так як в маслі можуть перебувати дрібні абразивні частки, які будуть псувати зуби шестерень, а також руйнувати масляну плівку, що запобігає тертя металевих деталей.

Якщо в результаті візуального огляду було помічено підтікання центрального диференціала або спостерігається схожа проблема у аналогів передньопривідного авто, слід замінити сальник. Зниження рівня мастила призводить до підвищеного тертя деталей, що значно скорочує робочий ресурс пристрою. Робота редуктора на суху приводить в непридатність сателіти, підшипник і осьові шестерні.

Самостійну діагностику диференціала проводять наступним чином. Спочатку піддомкрачувати провідну вісь авто. Коробка передач переводиться в нейтральне положення. Одне колесо обертається спочатку в одну, а потім в іншу сторону. Та ж процедура робиться з другим колесом.

При справному диференціалі обертання коліс буде відбуватися без люфту і шуму. Також деякі несправності можна усунути самостійно. Для цього редуктор знімають, розбирають і промивають всі його елементи в бензині (щоб виявити дефектні місця). Під час виконання цієї процедури можна виявити люфт сателітів і вироблення на шестернях.

Зношені елементи видаляють, а замість них виробляється установка нових деталей. В основному заміні підлягають сателіти, підшипники і сальники, так як вони швидше виходять з ладу. Регулювання сателітів проводиться шляхом підбору шестерень з мінімальним зазором між зубами.

Ось ще одне відео про те, як регулювати преднатяг підшипника диференціала:

Регулювання натягу підшипників диференціала

Пошук нового диференціала

Незважаючи на те, що міжколісний або центральний диференціал легко знайти на ринку автозапчастин, його вартість досить висока (нова деталь може коштувати від сотні до тфсячі доларів). З цієї причини більшість автомобілістів рідко погоджуються на повну заміну механізму.

Новий механізм або його окремі елементи можна знайти так само, як і звичайні автозапчастини. Найлегше прийти в магазин і попросити конкретну деталь для даного автомобіля. Однак це діє в разі, якщо автомобіль не модернізувався. В іншому випадку деталь підбирається за кодом вузла або за моделлю авто, з якого була знята запчастину.

Краще за все шукати деталь за даними автомобіля, а не за кодом вироби, так як ці символи можна знайти тільки після демонтажу механізму. Даний вузол має дуже багато модифікацій. Навіть для однієї і тієї ж марки машини можуть використовуватися різні диференціали.

З огляду на цей момент, вкрай складно знайти ідеальний аналог з іншого автомобіля. Що ж стосується покупки диференціала на вторинному ринку, то це залишено на страх і ризик самого автовласника, так як розібрати і перевірити стан деталі ніхто не дасть. Це збільшує ризик купити сильно зношений механізм.

Підводячи підсумок, варто сказати, що без диференціала неможливо створити безпечний і ефективний автомобіль, хоча любителі покрутити п'ятаки на сухому асфальті з цим посперечаються.

Питання та відповіді:

Що таке диференціал у машині простими словами? Це механічний елемент, який встановлюється між півосями провідних коліс. Крутний момент передається на корпус диференціалу через кардан, а далі через незалежні шестерні надходить на колеса.

Для чого потрібен диференціал в автомобілі? Цей механізм забезпечує передачу моменту, що крутить, на провідні колеса, але при виконанні маневрів або під час їзди по нерівностях дозволяє колесам обертатися з різною швидкістю.

Де знаходиться диференціал у автомобілі? Цей механізм встановлюється на провідній осі між півосями. У повнопривідних машинах і моделях з повним приводом, що підключається, він встановлюється на кожній осі.

Який автомобіль має міжосьовий диференціал? У всіх автомобілях є міжколісний диференціал (коштує між півосями). Міжосьовий диференціал використовується лише у повнопривідних моделях авто (він встановлюється між осями).