что такое межосевой дифференциал в автомобиле

Конструкция межосевого дифференциала с вязкостной муфтой (картинка 1)

1 — Ведомая шестерня раздаточного механизма
2 — Ведущая шестерня раздаточного механизма
3 — Вязкостная муфта

4 — Межосевой дифференциал с вязкостной муфтой
5 — Вал ведущей шестерни главной передачи
6 — Ведомый (вторичный) вал

Конструкция вязкостной муфты межосевого дифференциала(картинка 2)

1 — Кольцо X-образного сечения
2 — Уплотнительное кольцо
3 — Дистанционное кольцо
4 — Диск наружного зацепления

5 — Диск внутреннего зацепления
6 — Кольцо X-образного сечения
7 — Задняя боковая шестерня

Описание процедур снятия, обслуживания и установки межосевого дифференциала приведено в Разделе Снятие, обслуживание и установка межосевого дифференциала.

Межосевой дифференциал выполнен по планетарной симметричной схеме на конических шестернях. Конструктивной особенностью используемого на рассматриваемых в настоящем Руководстве моделях межосевого дифференциала является применение вязкостной муфты.

Межосевой дифференциал выполняет две функции: распределение крутящего момента двигателя между приводными валами передних и задних колес и погашение различия в скоростях вращения передних и задних колес.

Крутящий момент двигателя передается межосевому дифференциалу от ведомого (вторичного) вала трансмиссии, распределяясь затем между валом ведущей шестерни главной передачи (напрямую через конические шестерни) и карданном валом (через ведущую и ведомую шестерни раздаточного механизма).

При нормальном сцеплении передних и задних колес с дорожным покрытием, обеспеченным адекватным распределением крутящих моментов рабочая функция конических шестерен дифференциала ограничивается вязкостной муфтой.

В корпусе вязкостной муфты установлено несколько расположенных поочередно дисков (пластин) наружного и внутреннего зацепления. В герметично закрытую полость, образуемую корпусом и задней боковой шестерней дифференциала, залита воздушно-силиконовая масляная смесь.

Часть дисков муфты оборудована наружными шлицами, входящими в зацепление с корпусом межосевого дифференциала. На шлицы же дисков внутреннего зацепления посажена боковая шестерня.

Для разводки дисков наружного зацепления между ними устанавливаются специальные дистанционные кольца. Между дисками внутреннего зацепления такие кольца не предусмотрены, что обеспечивает определенную свободу их перемещения в осевом направлении.

Два выполненных в виде колец Х-образного сечения уплотнителя, предотвращают вытекание из муфты силиконового масла в случае повышения ее давления при большой разнице в скоростях вращения передних и задних колес.

Потери силиконового масла вязкостной муфты чреваты выходом сборки из строя! Давление внутри муфты может значительно повышаться, когда скорости вращения передних и задних колес заметно отличаются друг от друга в течение длительного времени, например, во время буксировки транспортного средства с отрывом одной из осей от земли.

Распределение крутящего момента двигателя при нормальном движении автомобиля (картинка 3)

1 — Крутящий момент двигателя
A — К переднему дифференциалу

B — К заднему дифференциалу

При отсутствии разности скоростей вращения передних и задних колес межосевой дифференциал передает крутящий момент двигателя на передние и задние колеса в отношении 50:50, а при возникновении такой разности, производит ее контролируемое гашение ее при помощи вязкостной муфты.

При прямолинейном движении транспортного средства с постоянной скоростью по ровной дороге все колеса вращаются с одинаковой скоростью и межосевой дифференциал равномерно распределяет крутящий момент двигателя между передней и задней осями. Так как диски наружного и внутреннего зацепления вязкостной муфте остаются неподвижными друг относительно друга, момент сдвига между ними не возникает.Во время совершения поворотов при низких скоростях движения разница в скоростях вращения возникает не только между правыми и левыми, но также и между передними и задними колесами, — передние колеса вращаются быстрее задних. Задачей межосевого дифференциала является погашения данной разницы с целью обеспечения плавности движения и продления срока службы покрышек. Несмотря на незначительность разницы скоростей вращения колес в данных условиях, работа вязкостной муфты приводит к перераспределению крутящего момента двигателя в пользу задней оси. (картинка 4)

При движении по неровным и скользким дорогам в случае, когда передние колеса начинают пробуксовывать, общая разность между скоростями вращения передних и задних приводных валов приводит к возникновению в вязкостной муфте значительно момента сдвига. В результате, крутящий момент, передаваемый на задние колеса, становится намного больше, чем передаваемый на прокручивающиеся передние колеса.(картинка 5)

При резком разгоне с места, когда задние колеса находятся на скользкой поверхности, происходи смещение центра тяжести автомобиля, приводящее к пробуксовке задних колес. В данной ситуации возникающий в вязкостной муфте момент сдвига приводит к перераспределению крутящего момента двигателя в пользу передних колес.(картинка 6).

Источник

Что такое дифференциал и для чего нужны блокировки.

Дифференциал — это механическое устройство, которое передает крутящий момент с одного источника на два независимых потребителя таким образом, что угловые скорости вращения источника и обоих потребителей могут быть разными относительно друг друга. Такая передача момента возможна благодаря применению так называемого планетарного механизма. В автомобилестроении, дифференциал является одной из ключевых деталей трансмиссии. В первую очередь он служит для передачи момента от коробки передач к колёсам ведущего моста.

Однако, ввиду физики устройства, у планетарного механизма есть очень нехорошее свойство: он стремится передать полученный крутящий момент туда, куда легче. Например, если оба колеса моста имеют одинаковое сцепление с дорогой и усилие, необходимое для раскручивания каждого из колёс одинаковое, дифференциал будет распределять крутящий момент равномерно между колёсами. Но стоит только появится ощутимой разнице в сцеплении колёс с дорогой (например, одно колесо попало на лёд, а другое осталось на асфальте), как дифференциал тут же начнёт перераспределять момент на то колесо, усилие для раскрутки которого наименьшее (то есть на то, которое находится на льду). В результате, колесо, находящееся на асфальте перестанет получать крутящий момент и остановится, а колесо, находящееся на льду примет на себя весь момент и будет вращаться с увеличенной угловой скоростью, причем планетарный механизм будет играть роль редуктора, повышающего скорость вращения этого колеса. Естественно, это явление сильно ухудшает проходимость и управляемость автомобиля. Ведь по логике вещей, в рассмотренной ситуации момент желательно передавать на колесо, расположенное на асфальте, чтобы автомобиль мог продолжить движение.

В полноприводных автомобилях дифференциалом обычно оборудованы два моста, а зачастую дифференциал можно обнаружить еще и между мостами (межосевой дифференциал). Таким образом, мы получаем схему трансмиссии, в которой присутствуют целых три дифференциала: два мостовых и один межосевой. Последний необходим для постоянного движения с полным приводом и передачей момента на все четыре колеса. Ведь в повороте колёса рулевого моста (обычно переднего) имеют совсем другие угловые скорости, нежели чем колёса заднего моста. Межосевой дифференциал призван передавать крутящий момент от коробки передач к обоим ведущим мостам с разным соотношением угловых скоростей. Такая схема с тремя дифференциалами является одной из самых распространённых схем для постоянного полного привода (Full time 4WD).

Основной целью блокировки дифференциала является передача необходимого крутящего момента обоим его потребителям (полуосям или карданам). Существуют принципиально разные методы решения данной задачи.

При таком типе блокировки, дифференциал фактически перестаёт выполнять свои функции и превращается в простую муфту, жестко связывающую полуоси (или карданы) между собой и передающую им одинаковый крутящий момент с одинаковой угловой скоростью. Для того, чтобы полностью заблокировать классический дифференциал, достаточно либо заблокировать возможность вращения сателлитов, либо жестко соединить между собой чашку дифференциала с одной из полуосей. Такая блокировка как правило реализована при помощи пневматического, электрического или гидравлического привода, управляемого водителем из салона автомобиля. Применяется как для мостовых, так и для межосевых дифференциалов. На картинке изображена схема блокировки компании ARB для мостового дифференциала, в которой блокируются сателлиты.

Включать подобного рода блокировки можно только при полностью остановленном автомобиле. Пользоваться ими надо крайне аккуратно, так как усилия мотора вполне достаточно чтобы «сорвать» механизм блокировки или поломать полуось. Применять такие блокировки желательно только на небольших скоростях для передвижения по труднопроходимой местности, так как при их применении в мостах (особенно в рулевых), автомобиль очень сильно теряет в управляемости. Как правило, жесткими блокировками мостовых и межосевых дифференциалов оборудуются полноценные рамные внедорожники, такие как Toyota Land Cruiser, 4Runner (Hilux Surf), Mercedes G-Class и. т. п.

Limited Slip Differentials — дифференциалы с ограниченным «проскальзыванием» (одной полуоси относительно другой).

В этом случае применяется блокировка одной из полуосей с чашкой дифференциала. Вискомуфта монтируется соосно полуоси таким образом, что один её привод жестко крепится к чашке дифференциала, а другой — к полуоси. При нормальном движении угловые скорости вращения чашки и полуоси одинаковые, либо незначительно отличаются (в повороте). Соответственно, рабочие плоскости вискомуфты имеют такое же небольшое расхождение в угловых скоростях и муфта остаётся разомкнутой. Как только одна из осей начинает получать ощутимо больший момент и более высокую угловую скорость вращения относительно другой, в вискомуфте появляется трение и она начинает блокироваться. Причем, чем больше разница в скоростях, тем сильнее трение внутри вискомуфты и степень её блокировки. По мере увеличения степени блокировки вискомуфты и выравнивания угловых скоростей чашки и полуоси, трение внутри вискомуфты начинает падать, что ведёт к плавному размыканию вискомуфты и отключению блокировки. Данная схема применяется для межосевых дифференциалов, так как её конструкция слишком массивна для установки на мостовой редуктор. (Схема на картинке) Подобный механизм блокировки хорошо подходит для эксплуатации в условиях плохого дорожного покрытия, однако, в условиях настоящего бездорожья его способности далеко не выдающиеся: вискомуфта не справляется с постоянными сменами состояний сцепления мостов с грунтом, запаздывает при включении, перегревается и выходит из строя. Данный тип блокировки межосевого дифференциала можно встретить на «паркетных» внедорожниках: Toyota Rav4, Lexus RX300 и. т. п.

Принцип работы этих блокировок достаточно прост. Вместо классического шестеренчатого планетарного механизма используются кулачковые или зубчатые пары, которые при небольшой разнице в угловых скоростях полуосей имеют возможность взаимно проворачиваться (перескакивать), а при пробуксовке заклиниваются и блокируют полуоси друг с другом. Нетрудно себе представить, что происходит с автомобилем при срабатывании такой блокировки в повороте.

Некоторые экземпляры просто отключают одну из полуосей в момент возникновения небольшой разницы скоростей. Именно поэтому, штатно такими блокировками оборудуются только дифференциалы военной и специальной техники (БТР и. т. п.)

Устройство таких дифференциалов довольно простое и принципиально ни чем не отличается от устройства обычного открытого дифференциала. Между полуосями и чашкой дифференциала добавлены комплекты блоков фрикционных пластин (которые помечены на картинке справа красными точками). Именно поэтому, подобные дифференциалы часто именуют «friction based LSD». Когда дифференциал пытается перераспределить крутящий момент на одну из полуосей и начинает возникать разница в угловых скоростях полуосей и чашки, пластины под действием силы трения сдерживают возникновение этой разницы. Разумеется, когда величина крутящего момента превосходит силу трения пластин, всё вращение передаётся на более легко вращаемую полуось. Такие блокировки работают в сравнительно небольшом диапазоне отношения моментов.

Довольно часто фрикционные блоки подпружинивают. Такие дифференциалы штатно устанавливаются в задний мост многих внедорожников — Toyota 4Runner (Hilux Surf), Nissan Terrano, Kia Sportage и. т. п. Американская компания ASHA Corp. пошла дальше, снабдив пакет фрикционов LSD дифференциала устройством блокировки, состоящего из насоса с поршнем (Героторный дифференциал). При возникновении разности в угловых скоростях полуоси и чашки насос нагнетает масло (жидкость) на поршень и сдавливает фрикционный блок, тем самым блокируя дифференциал. Данная конструкция получила название Gerodisk (Hydra-Lock) и штатно устанавливается на внедорожники Chrysler (на картинке слева). Практически для всех friction based дифференциалов необходимо применять специальное масло, которое содержит присадки, обеспечивающие нормальную работу фрикционных блоков.

Это одна из самых интересных, эффективных, технологичных и практически применяемых форм блокировки дифференциалов. Принцип работы основан на свойстве гипоидной пары «расклиниваться». В связи с этим, основные (или все) зацепления в таких дифференциалах гипоидные (червячные, или в простонародье — винтовые). Разновидностей конструкций не так уж и много — можно выделить три основных типа.

Первый тип производит компания Zexel Torsen. (T-1) Гипоидными парами являются шестерни ведущих полуосей и сателлиты. При этом каждая полуось имеет собственные сателлиты, которые парно связанны с сателлитами противоположной полуоси обычным прямозубым зацеплением. Следует отметить, что ось сателлита перпендикулярна полуоси. При нормальном движении и равенстве передаваемых на полуоси моментов, гипоидные пары «сателлит / ведущая шестерня» либо остановлены, либо проворачиваются, обеспечивая разницу угловых скоростей полуосей в повороте.

Как только дифференциал пытается отдать момент на одну из полуосей, то гипоидную пару этой полуоси начинает расклинивать и блокировать с чашкой дифференциала, что приводит к частичной блокировке дифференциала. Данная конструкция работает в самом большом диапазоне отношений крутящего момента — от 2.5/1 до 5.0/1, то есть является самой мощной в серии. Диапазон срабатывания регулируется углом наклона зубцов червяка.

Автором второго типа является англичанин Rod Quaife. В данном случае, оси сателлитов параллельны полуосям. Сателлиты расположены в своеобразных карманах чашки дифференциала. При этом парные сателлиты имеют не прямозубое зацепление, а образуют между собой еще одну гипоидную пару, которая расклиниваясь, так же участвует в процессе блокировки (на второй картинке). Подобное устройство имеет и дифференциал True Trac компании Tractech. Даже у нас в России появилось производство аналогичных дифференциалов под отечественные автомобили УАЗ и. т. д.

А вот компания Zexel Torsen в своём дифференциале T-2 предложила немного другую компоновку по сути, того же устройства (на картинке справа). Благодаря своей необычной конструкции, парные сателлиты соединены между собой со внешней стороны солнечных шестерней. По сравнению с первым типом, эти дифференциалы имеют меньший диапазон работы блокировки, однако они более чувствительны к разнице передаваемого момента и срабатывают раньше (начиная от 1.4/1). Компания Tractech недавно выпустила мостовой torque sensitive дифференциал Electrac, снабженный принудительной электроприводной блокировкой.

Третий тип производится компанией Zexel Torsen (Т-3) и используется в основном для межосевых дифференциалов. Планетарная структура конструкции позволяет сместить номинальное распределение момента в пользу одной из осей. Например, используемый на 4Раннере 4-го поколения дифференциал Т-3 имеет номинальное распределение момента 40/60 в пользу задней оси. Соответственно, смещен и весь диапазон работы частичной блокировки: от (front/rear) 53/47 до 29/71.
В целом, смещение номинального распределения момента между осями возможно в диапазоне от 65/35 до 35/65. Срабатывание частичной блокировки происходит при 20-30% разнице в передаваемых на оси моментах. Так же, подобная структура дифференциала делает его компактным, что в свою очередь, упрощает конструкцию и улучшает компоновку раздаточной коробки.
Вышеописанные torque sensitive дифференциалы очень популярны в автоспорте. Более того, многие производители устанавливают такие дифференциалы на свои модели штатно, как в качестве межосевых, так и межколёсных дифференциалов. Например, Тойота устанавливает такие дифференциалы как на легковые автомобили (Supra, Celica, Rav4, Lexus IS300, RX300 и. т. д), так и на внедорожники (4Runner / Hilux Surf, Land-Cruiser, Mega-Cruiser, Lexus GX470) и автобусы (Coaster Mini-Bus). Данные дифференциалы не требуют применения специальных присадок к маслу (в отличии от friction-based дифференциалов), однако лучше использовать качественное масло для нагруженных гипоидных передач.

Управление работой дифференциалов при помощи электронных систем контроля тормозных усилий (Traction Control и т. п.)

В современном автомобилестроении применяется всё больше и больше электронных систем контроля за движением автомобиля. Уже редко можно встретить автомобили, не оснащенные системой ABS (не дающей колёсам заблокироваться при торможении). Более того, уже с конца 80-х годов прошлого века передовые производители стали комплектовать свои флагманские модели системами контроля тяги и сцепления колёс — Traction Control. Например, Тойота установила систему Traction Control на Lexus LS400 в 1989 (90) году. Принцип работы такой системы прост: универсальные (так же обслуживают ABS) датчики вращения, установленные на контролируемых колёсах, фиксируют начало пробуксовки одного колеса оси относительно другого и система автоматически притормаживает забуксовавшее колесо, тем самым увеличивая на него нагрузку и вынуждая дифференциал отдать момент на колесо с хорошим сцеплением. При сильной пробуксовке, система так же может ограничивать подачу топлива в цилиндры. Работа такой системы очень эффективна, особенно на заднеприводных автомобилях. Как правило, при желании такую систему можно принудительно деактивировать кнопкой на приборной панели.

Источник

В трансмиссии многоосных и полноприводных транспортных средств используется механизм для распределения крутящего момента между ведущими осями — межосевой дифференциал. Все об этом механизме, его назначении, конструкции, принципе работы, а также о ремонте и техническом обслуживании читайте в статье.

Что такое межосевой дифференциал?

Межосевой дифференциал — узел трансмиссии колесных транспортных средств с двумя и большим числом ведущих мостов; механизм, осуществляющий деление поступающего от карданного вала крутящего момента на два независимых потока, которые затем подаются на редукторы ведущих осей.

В процессе движения автомобилей и колесных машин с несколькими ведущими осями возникают ситуации, требующие вращения колес разных осей с неодинаковой скоростью. Например, в полноприводных автомобилях колеса передней, промежуточной (у многоосных ТС) и задней осей имеют неодинаковую угловую скорость при поворотах и маневрировании, при движении по дорогам с уклоном и по неровным дорожным покрытиям, и т.д. Если бы все ведущие оси имели жесткую связь, то в таких ситуациях некоторые колеса скользили бы или, напротив, буксовали, что значительно ухудшало бы эффективность преобразования крутящего момента и в целом негативно влияло бы на движение транспортного средства. Для предотвращения подобных проблем в трансмиссию автомобилей и машин с несколькими ведущими осями вводится дополнительный механизм — межосевой дифференциал.

Межосевой дифференциал трехосных автомобилей обычно располагается на промежуточном мосту

Типы, устройство и принцип действия межосевого дифференциала

Схемы механических трансмиссий

В различных ТС используются межосевые дифференциалы, построенные на основе планетарных механизмов. В общем случае агрегат состоит из корпуса (обычно составленного из двух чашек), внутри которого располагается крестовина с сателлитами (коническими шестернями), соединенными с двумя полуосевыми шестернями (шестернями привода ведущих мостов). Корпус посредством фланца соединен с карданным валом, от которого весь механизм получает вращение. Шестерни посредством валов соединены с ведущими шестернями главных передач своих мостов. Вся эта конструкция может размещаться в собственном картере, установленном на картере промежуточного ведущего моста, или в корпусе раздаточной коробки.

Функционирует межосевой дифференциал следующим образом. При равномерном движении автомобиля по дороге с ровным и твердым покрытием крутящий момент от карданного вала передается на корпус дифференциала и зафиксированную в нем крестовину с сателлитами. Так как сателлиты входят в зацепление с полуосевыми шестернями, то обе они тоже приходят во вращение и передают крутящий момент к своим мостам. Если по какой-либо причине колеса одного из мостов начинают затормаживаться, связанная с данным мостом полуосевая шестерня замедляет свое вращение — сателлиты начинают катиться по этой шестерне, что приводит к ускорению вращения второй полуосевой шестерни. В результате колеса второго моста приобретают увеличенную относительно колес первого моста угловую скорость — так компенсируется разность нагрузок на оси.

Механизм блокировки с ручным управлением обычно выполняется в виде зубчатой муфты, которая располагается на зубцах одного из валов, и может входить в зацепление с корпусом агрегата (с одной из его чаш). При перемещении муфта жестко соединяет вал и корпус дифференциала — в этом случае данные детали вращаются с одинаковой скоростью, и каждая из осей получает половину общего крутящего момента. Управление блокирующим механизмом в грузовых автомобилях чаще всего имеет пневматический привод: зубчатая муфта перемещается с помощью вилки, управляемой штоком встроенной в картер дифференциала пневматической камеры. Подача воздуха на камеру осуществляется специальным краном, управляемым соответствующим переключателем в кабине автомобиля. Во внедорожниках и другой технике без пневмосистемы управление механизмом блокировки может быть механическим (с помощью системы рычагов и тросов) или электромеханическим (с помощью электромотора).

Самоблокирующиеся дифференциалы могут иметь механизмы блокировки, отслеживающие разность крутящих моментов или разность угловых скоростей осей привода ведущих мостов. В качестве таких механизмов могут использоваться вязкостные, фрикционные или кулачковые муфты, а также дополнительные планетарные или червячные механизмы (в дифференциалах типа Torsen) и различные вспомогательные элементы. Все эти устройства допускают некоторую разность крутящих моментов на мостах, при превышении которой они блокируются. Рассматривать устройство и работу самоблокирующихся дифференциалов здесь мы не будем — сегодня существует множество реализаций данных механизмов, подробнее о них можно узнать в соответствующих источниках.

Вопросы обслуживания, ремонта и замены межосевого дифференциала

Межосевой дифференциал в процессе эксплуатации автомобиля испытывает значительные нагрузки, поэтому со временем его детали изнашиваются и могут разрушаться. С целью обеспечения нормальной работы трансмиссии данный агрегат необходимо регулярно проверять, обслуживать и ремонтировать. Обычно при регламентном ТО дифференциал разбирается и подвергается дефектовке, все изношенные детали (шестерни с изношенными или выкрошенными зубами, сальники, подшипники, детали с трещинами и т.д.) заменяются на новые. При серьезных повреждениях механизм меняется полностью.

Для продления ресурса дифференциала необходимо регулярно выполнять замену масла в нем, прочищать сапуны, проверять работу привода механизма блокировки. Все указанные работы выполняются в соответствии с инструкцией по ТО и ремонту транспортного средства.

При регулярном обслуживании и грамотной эксплуатации межосевого дифференциала автомобиль будет уверенно чувствовать себя даже в самой сложной дорожной обстановке.
Источник

Если Вы заметили ошибку, неточность или хотите дополнить материал, напишите об этом в комментариях, и мы исправим статью!

Источник