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.

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.