Дифференциал Автомобиля|АвтоЦентр

menu
person

Дифференциал Автомобиля

Рассмотрим: что такое дифференциал и принцип его работы, какие бывают разновидности.

  1. Дифференциал Автомобиля
    1. Межосевой дифференциал
    2. Блокировка дифференциала
    3. Дифференциал устройство
    4. Принцип действия активной гидравлической муфты

Дифференциал Автомобиля

Дифференциал — механизм, позволяющий колёсам ведущей оси вращаться с разными скоростями и одинаковым, подводящимся к ним, крутящим моментом. В трансмиссии с одной ведущей осью дифференциал устанавливается между приводами колёс (межколёсный). В полноприводных авто он может находиться между ведущими осями (межосевой).

Межосевой дифференциал

Дифференциал позволяет ведомым валам вращаться с разными угловыми скоростями и выполняет функции распределения подводимого к нему крутящего момента между колесами или ведущими мостами. Дифференциалы бывают межколесными и межосевыми (в случае установки между несколькими ведущими мостами).

Рис. 3.32. Схема работы (а) и детали (б) конического симметричного дифференциала: 1 — коробка сателлитов дифференциала правая; 2 — болт коробки сателлитов; 3 — опорная шайба шестерни; 4, 8 — полуосевые шестерни; 5 — опорная шайба сателлита; 6 — сателлиты; 7 — ось сателлитов; 9 — левая коробка сателлитов дифференциала

Существенным недостатком обычного дифференциала является снижение проходимости автомобиля, если одно из его колес попадает в условия малого сцепления с опорной поверхностью. При этом на колесо, находящееся в нормальных сцепных условиях, нельзя подвести крутящий момент, превышающий тот, который может быть реализован на колесе, находящемся в условиях малого сцепления (это приводит к пробуксовке колеса). 

Может быть сконструирован так, чтобы распределять крутящий момент несимметрично. Если распределение момента по осям неравное, то большая часть момента обычно передается к задним колесам. Это объясняется тем, что при разгоне автомобиля или движении на подъем большая часть массы автомобиля перераспределяется на задние колеса и они могут реализовать больший крутящий момент, чем передние, и, кроме того, уменьшение доли крутящего момента, поступающего к передним колесам, улучшает управляемость автомобиля и меньше подвергает ее влиянию изменения крутящего момента.

Для любого автомобиля с четырьмя ведущими колесами важно обеспечить движение автомобиля в случае, если одно из колес теряет сцепление с дорогой.

Если автомобиль имеет привод на четыре колеса и три дифференциала, то достаточно попасть одним колесом на скользкую поверхность, чтобы лишить автомобиль способности тронуться с места. Существуют различные способы борьбы с этим нежелательным свойством.

На полноприводных автомобилях между передними и задними колесами также должен быть установлен дифференциал, который (как в случае с межколесными дифференциалами) обеспечивал бы компенсацию разницы частоты вращения между ведущими колесами.

Во избежание потери силы тяги на ведущих колесах этот дифференциал (также называемый межосевым или средним дифференциалом) может быть выполнен в виде самоблокирующегося дифференциала или оснащен подключаемой блокировкой дифференциала.

В качестве межосевых дифференциалов могут использоваться системы тех же типов, что и в качестве межколесных. При этом действуют те же закономерности, то есть, вместо «левое/правое колесо» в процессе участвуют «передние/задние колеса».

Однако различия возникают там, где в качестве межосевого дифференциала используется планетарная передача. В этом случае крутящий момент в не заблокированном состоянии неравномерно распределяется между передними и задними колесами. Это происходит в зависимости от передаточного отношения планетарной передачи, то есть от соотношения количества зубьев солнечной и коронной шестерен.

Крутящий момент (100 %) вводится через водило планетарной передачи и через планетарные шестерни распределяется между солнечной и короннойшестернями. При соотношении количества зубьев 40 : 70 = 1 :1,75 - 36 % момента передается через солнечную шестерню на передние колеса, а 64 % - через коронную шестерню на задние колеса. Таким образом, путем изменения количества зубьев можно варьировать соотношение распределения крутящего момента в определенных пределах.

В полноприводных автомобилях в большинстве случаев крутящий момент должен распределяться между передними и задними колесами по разному. В связи с этим в качестве межосевого дифференциала используется преимущественно планетарная передача с несимметрично расположенным элементом блокировки (вязкостная муфта в качестве самоблокирующегося дифференциала или многодисковая муфта в качестве подключаемой блокировки дифференциала).

Планетарными межосевыми дифференциалами оснащены, к примеру, раздаточные коробки ZF и Mercedes-Benz, а также коробки передач МТХ 75 4x4 производства Ford и G 64 производства Porsche.

Блокировка дифференциала

При заблокированном дифференциале крутящий момент, подводимый к колесам с лучшим сцеплением, увеличивается. Необходимо учитывать, что, если вся величина крутящего момента передается в одном направлении, карданный вал и полуоси должны быть сделаны более прочными, чтобы исключить возможность их поломки.

Внедорожные автомобили, работающие в сложных условиях, могут иметь устройства, блокирующие как межосевой, так и задний межколесный дифференциалы. Блокировка дифференциала передней оси обычно не предусматривается из-за негативного воздействия на управляемость автомобиля.

Другим распространенным способом улучшения характеристик трансмиссий современных полноприводных автомобилей является применение различных устройств повышенного трения, применяющихся в качестве межосевых и задних дифференциалов.

Самый простой способ заключается в создании дополнительного трения при проскальзывании деталей в дифференциале. Здесь, однако, требуется ограничить величину проскальзывания таким образом, чтобы оно не оказывало чрезмерного влияния на возможность движения колес автомобиля с небольшой разницей в угловых скоростях при обычном повороте. Таким образом, дифференциалы повышенного трения должны быть такими, чтобы передавать только часть крутящего момента на колесо с хорошим сцеплением.

Следует помнить что любой дифференциал повышенного трения, независимо от места его расположения (в раздаточной коробке или ведущих мостах) отнимает часть механической энергии переводя ее в тепло, а значит увеличивает расход топлива. Повышается также изнашивание шин и трансмиссии в целом. Поэтому простые устройства с фрикционными шайбами или кулачковые дифференциалы устанавливались главным образом на грузовиках повышенной проходимости, то есть там, где обеспечение преодоления бездорожья считается более важной задачей чем обеспечение экономичности.

В раздаточных коробках таких автомобилей часто дифференциал вообще отсутствовал (ГАЗ-66, УАЗ) и оба моста имели жесткую связь между собой. При движении по сухому асфальту во избежание чрезмерного изнашивания шин передний мост отключался, так что полноприводными эти автомобили могли быть только вне дорог или в зимнее время года.

Гораздо лучше, если дифференциал сможет «почувствовать» момент начала проскальзывания колеса и сумеет перераспределить крутящий момент на отстающее колесо. Другими словами, желательно использовать самоблокирующийся дифференциал. В ранее выпускавшихся моделях использовались вязкостные муфты (вискомуфты) и дифференциалы типа Torsen. Иногда применялось их сочетание: вязкостные муфты в качестве межосевых дифференциалов, а Torsen в качестве заднего дифференциала.

В настоящее время все большее распространение получают фрикционные муфты с контролируемой степенью блокировки, когда фрикционные диски сжимаются с определенным усилием. Такие муфты могут применяться для управления распределением крутящего момента между передними и задними колесами под электронным контролем. Конструкторы современных полноприводных легковых автомобилей предлагают использовать такие чувствительные устройства, управляющие сцеплением колес с дорогой и поведением автомобиля вместо простой блокировки дифференциалов.

Конструкция и принцип действия

В корпусе дифференциала расположены три пары осей, каждая с двумя червячными колесами и четырьмя цилиндрическими шестернями, а также два червяка. Каждое червячное колесо жестко соединено со своими двумя цилиндрическими шестернями.

Рис. В8.16. Самоблокирующийся дифференциал Torsen (Audi)

Один червяк соединен с ведущей шестерней привода передних колес, а другой - с фланцем вала привода задних колес.

Приводимый в движение корпус дифференциала через оси червячных колес захватывает червячные колеса. Они, в свою очередь, приводят в движение оба червяка привода передних и задних колес.

При возникновении разницы частоты вращения (к примеру, при прохождении поворота) уравнивание частоты вращения передних и задних колес производится с помощью цилиндрических шестерен.

Вращающийся быстрее червяк приводит в движение три червячных колеса. Находящиеся в зацеплении цилиндрические шестерни захватывают три других шестерни и, соответственно, начинают вращать второй червяк с более низкой скоростью. В результате предотвращается прокручивание колес с меньшим сцеплением с грунтом.

Дифференциал устройство

Рис. 3.61.Дифференциалы полноприводных автомобилей (вискомуфты): 1 — корпус; 2 — вал корпуса; 3, 6 — ведущий и ведомый валы; 4 — диски; 5 — уплотнения

Рис. 3.62. Межколесный 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

Вязкостная муфта (патент Фергюссона) является наиболее простым и дешевым устройством повышенного трения, и поэтому ее часто применяют в трансмиссиях автомобилей.

Вязкостная муфта состоит из набора близко расположенных друг к другу перфорированных дисков, одна половина которых соединяется с помощью выступов с внутренней ступицей муфты, а вторая наружными выступами с корпусом (рис. 3.61).

Между дисками находится силиконовая (кремнийорганическая) жидкость высокой вязкости. Валы муфты могут свободно вращаться с небольшой разницей в угловых скоростях, но, если разница в скоростях увеличивается, жидкость внутри муфты начинает действовать как твердое тело и предотвращает чрезмерное проскальзывание дисков. Возникающий блокирующий момент обусловлен свойствами вязкой жидкости. Если в качестве дифференциала использовать такую муфту, она будет перераспределять крутящий момент так, что большая его часть будет поступать на колеса, вращающиеся с меньшей скоростью.

К недостаткам вязкостной муфты следует отнести экспоненциальный закон ее блокировки. Муфта срабатывает с запаздыванием. Неизбежный нагрев жидкости в муфте, который происходит при проскальзывании дисков, приводит к изменению ее характеристик.

Существенным недостатком таких устройств является их влияние на процесс торможения, поскольку при резком торможении может произойти одновременное блокирование всех колес автомобиля. При использовании вязкостных муфт в трансмиссиях автомобилей с антиблокировочными тормозными системами приходится применять дополнительные устройства для разблокирования муфт при торможении.

Рис. 3.63. Межосевой дифференциал Torsen автомобиля Audi Quattro: 1 — корпус дифференциала; 2,4 — передняя и задняя шестерни; 3 — червячные сателлиты; 5 — фланец карданной передачи; 6 — ось сателлитов; 7 — прямозубые шестерни; 8 — ведомый вал; 9 — полый ведущий вал; А — к передней оси; В — к задней оси

Дифференциал Torsen (TORque SENsing — чувствующий крутящий момент) представляет собой механический самоблокирующийся дифференциал, в котором используется сложный набор червячных шестерен (рис. 3.62) и может передавать большую часть крутящего момента небуксующему колесу.

Набор шестерен внутри дифференциала состоит из ведомых (полуосевых) червячных колес и ведущих (сателлитов) червячных шестерен. Основной особенностью такой конструкции является то, что червячные шестерни могут приводить во вращение другие шестерни, но сами не могут приводиться во вращение. Такая особенность приводит к появлению некоторой степени блокирования дифференциала. В зависимости от величины передаточного числа и конструкции дифференциала, крутящий момент может распределяться по осям автомобиля в соотношении от 2,5:1 (60 % : 40 %) до 6:1 (84 % : 16 %) или даже до 7:1 (86 % : 14 %), а также распределяться в любых промежуточных значениях. При низких значениях входного крутящего момента шестерни дифференциала вращаются свободно и его действие напоминает работу обычного симметричного дифференциала. Когда входной крутящий момент увеличивается, набор червячных шестерен нагружается и в определенный момент два выходных вала частично блокируются.

Дифференциал Torsen имеет линейную характеристику, перераспределение крутящего момента происходит практически мгновенно и он не оказывает влияния на процесс торможения. Эти свойства механизма обусловили его широкое использование в качестве межколесных и межосевых дифференциалов автомобилей (рис. 3.63). Основным недостатком является сложность его изготовления и сборки и, как следствие, высокая стоимость.

Принцип действия активной гидравлической муфты

Рис. 3.64. Принцип действия активной гидравлической муфты: 1 — выходной вал; 2 — рабочий поршень; 3 — диски; 4 — поршневой насос; 5 — управляющий клапан; 6 — входной вал

Вязкостные муфты и дифференциалы Torsen являются пассивными системами. В последние годы в конструкции трансмиссий современных автомобилей все чаще начинают применять активные устройства, представляющие собой муфты, в которых для блокирования валов используются многодисковые мокрые сцепления (рис. 3.64). Для управления многодисковым сцеплением используется давление масла, которое воздействует на поршень, сжимающий диски. Давление масла регулируется с помощью контрольного клапана. Крутящий момент с помощью таких муфт может распределяться как между передней и задней осями автомобиля, так и между колесами одной оси.

Шведская фирма Haldex по своему патенту выпускает муфту с многодисковым мокрым сцеплением, электрическим гидронасосом и гидроаккумулятором (рис. 3.65).

Электрический насос работает только при движении автомобиля и создает небольшое давление масла, для того чтобы не происходило задержки в срабатывании муфты. Давление на поршень, сжимающий диски сцепления, поступает от гидравлического поршневого насоса, который создает давление, как только возникает различие в угловых скоростях соединенных муфтой валов. Давление, создаваемое насосом, пропорционально разнице в частоте вращения валов. Управляет работой муфты Haldex встроенный в нее электронный блок управления, который связан с другими электронными системами управления автомобилем. Муфта может работать при любых скоростях движения автомобиля как при движении вперед, так и при заднем ходе. Она не влияет на работу антиблокировочной системы (АБС) вследствие очень быстрой активации и деактивации и обеспечивает полностью контролируемое распределение крутящего момента по осям. В настоящее время муфты Haldex устанавливаются в трансмиссиях полноприводных версий автомобилей Volkswagen и Volvo.

Рис. 3.65. Муфта Haldex, входящая в трансмиссию автомобиля

Аналогичные конструкции муфт применяются и некоторыми другими производителями полноприводных автомобилей. Компания Isuzu запатентовала систему TOD (TORQUE-ON-DEMAND), которая получает информацию от 12 датчиков и автоматически перераспределяет крутящий момент между осями автомобиля в зависимости от условий движения.

Разница угловых скоростей колес одной оси, возникающая, к примеру, при прохождении поворота, компенсируется с помощью межколесного конического дифференциала (рис. В8.9).

Рис. В8.9. Обычный межколесный конический дифференциал

Однако у автомобилей с традиционным дифференциалом есть один существенный недостаток, который выражается в ухудшении тяги из-за прокручивания одного из ведущих колес при попадании на скользкую поверхность, щебень и т.п. В этом случае весь крутящий момент двигателя направляется на прокручивающееся колесо. Другое колесо остается неподвижным и автомобиль просто не может тронуться с места.

Чтобы устранить этот недостаток, многие производители начали оснащать свои автомобили соответствующими системами блокировки межколесного дифференциала. Существуют варианты блокировки с геометрическим или силовым замыканием, в зависимости от типа автомобиля и схемы привода колес.

Блокировка межколесного дифференциала с геометрическим замыканием (рис. В8.10) позволяет уравнивать частоты вращения колес путем установления жесткой связи между корпусом дифференциала (1) и одной из полуосей (3) с помощью скользящей муфты (2).

Блокировка межколесного дифференциала с силовым замыканием обеспечивается так называемым самоблокирующимся дифференциалом или дифференциалом с ограничением проскальзывания.

На рисунке В8.11 изображен самоблокирующийся дифференциал ZF серии DL.

Помимо деталей, типичных для любого дифференциала, он оснащен двумя симметрично расположенными нажимными кольцами и многодисковыми муфтами. Нажимные кольца (2) и наружные диски муфт (3) жестко соединены с корпусом дифференциала (8), в то время как внутренние диски муфт (4) входят в зацепление с конической шестерней полуоси (5).

Рис. В8.10. Дифференциал, имеющий блокировку с геометрическим замыканием, конструкция VW: 1 - корпус дифференциала; 2 - скользящая муфта; 3 - полуось

Рис. B8.11. Самоблокирующийся дифференциал ZF серии DL: 1 - клиновые поверхности нажимных колец; 2 - нажимное кольцо; 3 - наружный диск; 4 - внутренний диск; 5 - коническая шестерня полуоси; 6 - сателлит дифференциала; 7 - ось сателлита дифференциала; 8 - корпус дифференциала

Самоблокирующее действие дифференциала проявляется при передаче крутящего момента через оба нажимных кольца на полуоси. При этом в результате перемещения нажимных колец относительно сателлитов дифференциала (6) кольца отжимаются наружу и пакеты дисков сжимаются. При разнице частоты вращения ведущих колес между наружными и внутренними дисками возникает трение, в результате чего колесо, вращающееся медленнее, увлекается колесом, которое вращается быстрее.

Блокирующее действие всегда находится в постоянном соотношении с крутящим моментом от двигателя. Это соотношение, часто называемое коэффициентом блокировки (к примеру, 40 %), зависит от количества дисков и угла наклона клиновых поверхностей на нажимных кольцах.

При наличии автоматической системы регулировки привода ведущих колес (ASR) система блокировки межколесных дифференциалов имеет электронное управление и гидравлический привод. На рисунке В8.12 в качестве примера изображен автоматический самоблокирующийся дифференциал (ASD) производства Mercedes-Benz.

Рис. В8.12. Автоматический самоблокирующийся дифференциал (ASD), Mercedes-Benz (ист.: Daimler): 1 - пакет дисков:

2 - сателлит дифференциала; 3 - кольцевой поршень; 4 - шарикоподшипник; 5 - полуось; 6 - коническая шестерня полуоси

Рис. В8.13. Межколесный дифференциал с электронным управлением, ZF

Рис. В8.14. Межколесные дифференциалы с вязкостной муфтой: 1 - дифференциал; 2 - вязкостная муфта Слева: расположение вал - вал Справа: расположение коробка - вал

Рис. В8.15. Вязкостная муфта с дисками: 1 - внутренний диск; 2 - наружный диск; 3 - корпус; 4 - ступица

Этот дифференциал также имеет два симметрично расположенных пакета дисков (1). Однако при этом блокирующее действие реализуется не с помощью нажимных колец, а исключительно за счет усилия на зубьях сателлитов дифференциала (2). Кроме этого, с каждой стороны расположено по одному кольцевому поршню (3), на которые действует давление гидравлической системы. Такой поршень воздействует через наружный шарикоподшипник (4) на полуось (5) и отводит ее вместе с конической шестерней (6) полуоси наружу. Благодаря этому увеличивается усилие прижима на пакете дисков и, тем самым, коэффициент блокировки, который может достигать 100 % (полная блокировка).

Работающая автоматически система активизирует дополнительную гидравлическую блокировку только в случае необходимости. При этом команды на подключение формируются и выдаются электронным блоком.

На современных легковых автомобилях в качестве межколесных дифференциалов используются также несимметричные самоблокирующиеся дифференциалы с одной единственной фрикционной муфтой. Несимметричность проявляется в том, что сателлиты дифференциала испытывают различную нагрузку в зависимости от направления поворота, или даже в том, что коэффициент блокировки может быть различным в зависимости от частоты вращения колес (левый или правый поворот).

На рисунке В8.13 изображен межколесный дифференциал с электронным управлением и гидравлической многодисковой муфтой, несимметрично расположенной между корпусом дифференциала и полуосью.

Мы будем рады если Вы ответите на вопрос: "Помогла ли Вам статья?"
0       0
Категория: Трансмиссия | Добавил: autodromcar (18.11.2019)
Просмотров: 141 | Теги: Шестерня, муфта, дифференциал, колесо, вал, Крутить, ось, автомобиль, момент | Рейтинг: 3.0/2

Похожие материалы Похожие материалы

Всего комментариев: 0
avatar