ООО «Центр Грузовой Техники»

8(812)244-68-92

Содержание

Классификация дифференциалов и требования к ним

Дифференциал предназначен для распределения крутящего момента между двумя ведомыми валами, которым он позволяет вращаться с неодинаковыми скоростями, обычно при движении автомобиля на поворотах или по неровностям.

Классификация дифференциалов

Дифференциалы подразделяются по следующим основным классификационным признакам:

по назначению (по месту расположения):

  • межколесные
  • межосевые
  • межтележечные
  • и т.д.

по соотношению моментов на ведомых валах:

  • симметричные (разделяют моменты на ведомые валы поровну)
  • несимметричные (разделяют моменты на ведомые валы не поровну, но в заданном соотношении)

по типу передачи:

  • зубчатые с цилиндрическими или с коническими зубчатыми колесами
  • червячные
  • кулачковые
  • и т.д.

по возможности блокировки:

  • неблокируемые
  • блокируемые с принудительной блокировкой или самоблокируюшиеся (частично или полностью)

Основные требования к дифференциалам

Основные требования к дифференциалам следующие:

  • распределение крутящего момента между ведомыми валами в заданном соотношении;
  • хорошая устойчивость (без заносов) при движении на поворотах и по неровной дороге, а также высокие тяговые свойства при движении вне дорог.

В отличие от других механизмов, входящих в трансмиссию, в требованиях к дифференциалам нет пункта о высоком КПД.

Кроме того, к дифференциалам, как и к остальным механизмам автомобиля, предъявляют также общие требования:

  • обеспечение минимальных размеров и массы
  • высокая надежность
  • минимальное обслуживание
  • технологичность

Рассмотрим, какими конструктивными мероприятиями обеспечивается выполнение требований к дифференциалам.

Распределение крутящего момента между ведомыми валами в заданном соотношении обычно обеспечивается применением трехзвенного планетарного механизма с параметром а = 1 (симметричный дифференциал) с коническими, иногда с цилиндрическими шестернями. У автомобилей с колесной формулой 6×6, если дифференциал устанавливают между передним мостом и двумя задними, применяют в качестве дифференциала трехзвенный планетарный механизм с параметром а = 2 (несимметричный дифференциал) с цилиндрическими шестернями.

При этом 1/3 момента передается на передний мост и 2/3 — на два задних моста.

Хорошая устойчивость (без заносов) при движении на поворотах и по неровной дороге обеспечивается, так же как и предыдущее требование, применением трехзвенного планетарного механизма, распределяющего крутящие моменты между ведомыми валами в заданном соотношении, независимо от соотношения их угловых скоростей. Более высокие скорости на поворотах обеспечивают управляемые дифференциалы.

Высокие тяговые свойства при движении вне дорог обеспечиваются применением самоблокируюшихся или блокируемых дифференциалов. При этом наиболее высокими тяговыми свойствами обладают автомобили со всеми ведущими колесами и с регулируемым давлением воздуха в шинах.

Видео: Как работает дифференциал?

устройство, назначение и принцип работы

Функции трансляции и распределения крутящего момента присутствуют во многих механизмах. В оптимизированном виде такие задачи реализуются в обычных автомобилях для обеспечения возможности вращения колес на разных скоростях. Данную работу выполняет дифференциал – в автомобиле это конструкционная часть трансмиссии, позволяющая избегать пробуксовок и улучшающая динамические характеристики.

Дифференциал в трансмиссионной системе

В транспортных средствах дифференциал является функциональным компонентом ходовой части. В зависимости от конфигурации колесных осей он может занимать разные позиции, но принципиально его связка с базовыми исполнительными органами ведущей системы не меняется. Для начала стоит рассмотреть устройство трансмиссии, в которое также входит коробка передач, сцепление, блок отбора мощности и механизм раздачи. В общем комплексе это набор узлов и агрегатов, которые обеспечивают сопряжение двигателя с колесами. К слову, трансмиссия присутствует и в стационарной технике, где требуется соединение других вращающихся органов.

В общем случае механизм обеспечивает передачу рабочему узлу крутящего момента с той или иной силой. Но что такое трансмиссия автомобиля конкретно в связке с дифференциалом? Это техническая инфраструктура, в рамках которой обеспечивается работа ведущей оси. Причем в зависимости от устройства трансмиссии дифференциалов может быть несколько. Например, в машинах с полноприводной подключаемой системой дифференциал присутствует на каждой оси.

Назначение дифференциала

Потребность в данном узле обуславливается различиями в скоростях работы колес. Конечно, на прямой дороге они движутся в одинаковом режиме, но малейший поворот заставляет одно из колес проходить большее расстояние, чем противоположное на той же оси. В ином случае будет иметь место пробуксовка. Иными словами, что такое дифференциал в автомобиле на практике? Это механизм, благодаря которому ведущие колеса в принципе могут вращаться с равными угловыми скоростями в условиях непрерывной трансляции крутящего момента от силового агрегата. Другое дело, что могут быть разные схемы размещения и взаимодействия данного агрегата с другими элементами ходовой части.

Может ли дифференциал отсутствовать в трансмиссии?

Само присутствие дифференциала в конструкции автомобиля как средства разделения и оптимизации мощностных нагрузок на оси вращения является нежелательным. Это компромиссный вариант, который даже с учетом полезной функции оправдывает себя далеко не всегда. В каких же случаях устройство трансмиссии обходится без дифференциала? Преимущественно такая конфигурация возможна и на обычных легковых машинах, но ввиду быстрого износа колес это будет нерациональное решение. С точки зрения эксплуатационной целесообразности исключение дифференциала оправдывается на гоночных автомобилях, у которых ведущая ось – задняя. В частности, речь идет о спорткарах, которые используются на специальных покрытиях с пониженным коэффициентом сцепки. Отсутствует дифференциал и на тяговых машинах наподобие электровозов, тепловозов, электропоездов и т. д.

Конструкционное устройство дифференциала

Принципиальной особенностью дифференциала является наличие планетарной передачи, за счет которой обеспечивается функция вращательно-распределительного действия в трансмиссионном комплексе. Независимо от формата выпуска, устройство будет основываться на трехзвенной планетарной системе без управляющих дополнений. Распределение между уровнями расположения шестерней в передаче определяется внешними командами от ручной КП или автоматическим регулятором – в зависимости от типа трансмиссии. При этом конфигурации звеньев могут меняться. Например, в простейшем устройстве дифференциала межколесного типа предусматривается наличие четырех конических шестерней. Функцию водила (направляющего звена) в данной системе выполняет корпус дифференциала. По отношению к ведущему звену две другие шестерни будут выступать сателлитами.

Работа дифференциала на прямой дороге

Обычные модели дифференциалов могут находиться в одном из трех рабочих режимов в зависимости от текущей задачи трансмиссии. Это может быть движение по прямой, маневр на скользкой дороге или движение в повороте. В каждом случае предусматривается определенная механика срабатывания дифференциала с подачей крутящего момента через ведущий мост к колесам. Так, при движении по прямой оба колеса сталкиваются с равным сопротивлением покрытия. В этом режиме от корпуса подается тяга на сателлиты, которые обегают полуосевые звенья и в равных долях распределяют усилие на колесах.

Работа дифференциала в повороте

При движении в повороте нарушается симметрия распределения крутящего момента, в котором выделяется внутреннее и наружное колесо, получающее большую угловую скорость. Для обеспечения этой разницы полуосевая внутренняя шестерня притормаживается, заставляя свои сателлиты крутиться вокруг оси, наращивая скорость внешних полуосевых шестерней. Хотя устройство дифференциала может иметь несколько планетарных групп в составе, соотношение суммарной частоты вращения всех полуосевых элементов с количеством оборотов ведомой шестерни всегда будет одинаковым. Также и начальный крутящий момент, который подается на внешнюю и внутреннюю сегменты распределения частоты, будет одинаков относительно двух колес независимо от угловых скоростей.

Работа дифференциала на скользкой дороге

В предыдущем случае речь шла о движении по дороге с оптимальной сцепкой, а вмешательство функции дифференциала было вызвано разницей в расстояниях, которые должны были пройти в повороте ведущие колеса. В данной ситуации те же колеса будут выполнять разный объем работы, но по другой причине. На скользкой дороге одно из колес буксует, заставляя и трансмиссию делать соответствующую поправку. Сразу надо подчеркнуть, что в случаях с двумя колесами на скользком покрытии функция дифференциала принципиального и решающего значения не имеет. Итак, буксующее колесо должно работать с увеличенной скоростью, однако крутящий момент будет невелик ввиду недостаточного сцепления. Более выигрышно на скользкой дороге действует дифференциал переднего моста, хотя и в его применении есть свои риски. Дело в том, что контроль колес в данной конфигурации более стабильный, но есть вероятность неуправляемого ухода в больший радиус, после чего увеличится и риск сноса машины. То есть многое в функции дифференциалов будет зависеть от других факторов – траектории движения и условий на дороге помимо снега и наледи.

Блокировка свободного дифференциала

Сама по себе функция блокировки предназначена для более эффективной регуляции соотношения между крутящим моментом и сцепкой колес с покрытием. В конструкции с наличием свободного дифференциала эта задача осуществляется следующим образом: при естественной пробуксовке одного колеса на второе транслируется вращение, недостаточное для движения. Принцип работы блокировки дифференциала в такой ситуации будет заключаться в выполнении двух операций:

  • Сопряжение корпуса дифференциала с полуосью, которую необходимо сдерживать.
  • Ограничение вращения сателлитов.

Это наиболее распространенная частичная блокировка, при которой обеспечивается эффект регулировки распределения крутящего момента. Но также бывает и полная блокировка, предполагающая жесткую сцепку сегментов дифференциала для максимальной (свободной) передачи вращения на колесо с наилучшим сцеплением.

Дифференциал с принудительной блокировкой

В таких конфигурациях функция блокировки обычно выполняется за счет кулачковой муфты, которая обеспечивает жесткую сцепку с колесами посредством приводного механизма. Системы приводов бывают разными – от классической гидравлики или механики до более инновационных электрических и пневматических устройств. Например, что такое механическая принудительная блокировка в дифференциале автомобиля? Это функция, которая активируется водителем посредством рычага и задействует группу механизмов, среди которых тросы и силовые узлы. Что касается гидравлических приводов, то в них усилие передается по группе цилиндров – в принципе, работает та же механика. Существенные отличия в рабочих схемах имеют современные пневмоцилиндры и электрические приводные устройства, в которых инициация блокировки реализуется путем нажатия кнопки на приборной панели. Далее от поданной команды происходит замыкание назначенных муфт в той или иной схеме – в зависимости от типа блокировки.

Самоблокирующийся дифференциал

Подобные устройства также называют дифференциалами высокого трения. Они формируют промежуточную группу исполнительных механизмов, занимая место между свободными и принудительными средствами блокировки полуосей. Причем самоблокирующиеся системы могут выполнять как свободную, так и полную блокировку в зависимости от текущих требований. Фактором регуляции распределения крутящего момента может выступать и угловая скорость, и разность в силе вращения у ведущих колес. По конструкционному устройству наиболее распространенными считаются механизмы с пакетами фрикционных дисков. Например, блокировка дифференциала заднего моста у внедорожников обеспечивается фрикционными блоками с пружинами. Перспективные разработки в этом направлении связаны с концепцией героторного дифференциала. В его основу входит поршень с насосом, который при фиксации разности угловых скоростей нагнетает техническую жидкость (специальные составы с присадками) и сдавливает фрикционную группу для обеспечения блокировки.

Заключение

Автомобили нового поколения становятся все более функциональными, эргономичными и надежными, что в значительной степени достигается благодаря электронике. В то же время сохраняются рабочие части, агрегаты и механизмы, где применение «умной» техники пока не столь эффективно по сравнению с конструкционным улучшением. Так и устройство дифференциала все еще зависимо от физической реализации систем контроля тяги и сцепления ведущих колес посредством планетарной передачи с ее звеньями. Но и в этой нише есть технологические продвижения. Об этом говорит и все более плотная связка с системами безопасности наподобие блокировщиков ABS, и электронное управление базовыми режимами работы дифференциала.

Дифференциал (механика) Википедия

дифференциал автомобиля, канонический вид Задний ведущий мост, в нём стоит дифференциал.

Дифференциа́л (от лат. differentia – разность, различие) — в общем случае есть механизм по передаче мощности вращением, позволяющий без каких-либо пробуксовок и потерь КПД складывать два независимых по своим угловым скоростям входящих потока мощности в один исходящий, раскладывать один входящий поток мощности на два взаимозависимых по своим угловым скоростям исходящих, а также работать в первом и втором вариантах попеременно. Основное назначение дифференциала в технике — трансмиссии транспортных машин, в которых дифференциал разветвляет поток мощности от двигателя на два между колёсами, осями, гусеницами, воздушными и водными винтами.

Прочее использование дифференциалов в технике вообще и в транспортной технике в частности является вторичным и нечастым. Механической основой дифференциала по умолчанию является планетарная передача, как единственная из всех передач вращательного движения, имеющая две степени свободы.

Назначение

Применение дифференциалов в трансмиссиях автомобилей обусловлено небходимостью обеспечить вращение ведущих колёс одной оси с разной частотой. В первую очередь это необходимо в поворотах, но также и при разном диаметре ведущих колёс, что возможно при вынужденной установкe шин двух разных типоразмеров или при разности давления в шинах. В случае, если оба колеса имеют жёсткую кинематическую связь, любое рассогласование частот вращения по вышеупомянутым причинам приводит к возникновению так называемой паразитной циркуляции мощности. Это безусловно вредное явление вызывает проскальзывание колеса с меньшей силой сцепления относительно поверхности дороги, дестабилизирует движение автомобиля по дуге, нагружает трансмиссию и двигатель, повышает расход топлива и проявляется тем сильнее, чем меньше радиус поворота и выше силы сцепления, действующие на колёса.

Дифференциал, установленный в разрез валов привода колёс одной оси, позволяет разорвать жёсткую кинематическую связь между колёсами и устранить паразитную циркуляцию мощности, не потеряв при этом возможностей по передаче мощности на каждое колесо с КПД близким к 100%. Подобный дифференциал называется «межколёсным», а данная область применения является основной для дифференциалов вообще, так как межколёсный дифференциал присутствует в приводе ведущих колёс всех легковых, грузовых и абсолютно подавляющей части внедорожных, спортивных и гоночных автомобилей.

Помимо привода ведущих колёс автомобиля дифференциалы также применяются:

  • В приводе двух и более постоянно ведущих осей от одного двигателя (так называемый «межосевой» дифференциал).
  • В приводе соосных воздушных и водных винтов противоположного вращения (в качестве дифференциала и редуктора одновременно).
  • В дифференциальных механизмах поворота гусеничных машин (в связке из одного-двух-трёх дифференциалов с разными принципами совместной работы).
  • При сложении передаваемой вращением мощности от двух двигателей с произвольными частотами вращения на один общий вал.

Устройство

планетарный механизм любой схемы может выполнять функцию дифференциала

Основой любого дифференциала может быть только планетарная передача, которая в силу механики своей работы единственная из всех передач вращательного движения может решать задачи, стоящие перед дифференциалом в трансмиссии. Термин «планетарный дифференциал» является избыточным — любой дифференциал по умолчанию планетарный. Работоспособность как дифференциала абсолютно не зависит ни от её состава или формы, ни от выбора конкретных звеньев под ведущие или ведомые. Любая в самом простом своём варианте — трёхзвенного планетарного механизма без каких-либо управляющих элементов — может выполнять функции по разложению одного потока на два взаимосвязанных или сложению двух независимых потоков в один. Выбор иных звеньев в качестве ведущих, а других в качестве ведомых определяется лишь требуемой кинематикой связей дифференциала с другими элементами трансмиссии и особенностями механики работы дифференциала в выбранном формате распределения функций между звеньями.

Дополнение управляющими элементами и применение так называемых сложных планетарных механизмов наделяет дифференциал возможностями по взаимовыравниванию угловых скоростей потоков и возможностями по активному управлению этими скоростями.

Дифференциал автомобиля Porsche Cayenne в разрезе

Каноническим, наиболее известным видом дифференциала является межколёсный дифференциал автомобиля, выполненный на основе простого (то есть, трёхзвенного) пространственного планетарного механизма схемы на четырёх конических шестернях. Водилом планетарной передачи такого дифференциала фактически служит весь его корпус — это ведущее звено ➁. Две шестерни являются сателлитами на общей оси ➂. И две шестерни являются двумя солнцами — двумя ведомыми звеньями ➃. Подача мощности осуществляется на корпус (водило) через жёстко закреплённую ведомую шестерню главной передачи, которая в свою очередь в паре с ведущей шестернёй ➀ формально есть другой элемент трансмиссии, несмотря на то, что дифференциал с ведомой шестернёй зачастую выглядит как единый сборочный узел.

Снятие мощности осуществляется с двух солнц, к которым в данном случае пристыкованы валы с шарнирами типа ШРУС.

Расположение

На автомобилях с одной ведущей осью дифференциал располагается на ведущей оси.

На автомобилях со сдвоенной ведущей осью два дифференциала, по одному на каждой оси.

На автомобилях с подключаемым полным приводом по одному дифференциалу на каждой оси. На таких машинах не рекомендуется ездить по дорогам с плотным покрытием с включенным полным приводом.

На автомобилях с постоянным полным приводом есть три дифференциала: по одному на каждой оси (межколёсный), плюс один распределяет крутящий момент между осями (межосевой).

При трёх или четырёх ведущих мостах (колёсная формула 6 × 6 или 8 × 8) добавляется ещё межтележечный дифференциал.

Проблема буксующего колеса

Обычный («свободный») дифференциал отлично работает, пока ведущие колёса неразрывно связаны с дорогой. Но, когда одно из колёс теряет сцепление (оказывается в воздухе или на льду), то вращается именно это колесо, в то время как другое, стоящее на твёрдой земле, неподвижно. В случае потери сцепления одним из колёс, его сопротивление вращению падает, а раскрутка происходит без существенного увеличения момента сопротивления (трение скольжения в пятне контакта меньше трения покоя и несущественно зависит от скорости пробуксовки). В момент когда колесо начинает проскальзывать, крутящие моменты на колесах не равны друг другу, а обратно пропорциональны сопротивлению вращения колес.

При прямолинейном движении автомобиля сателлиты относительно собственной оси не вращаются. Но каждый, подобно равноплечему рычагу, делит крутящий момент ведомой шестерни главной передачи поровну между шестернями полуосей. Когда автомобиль движется по криволинейной траектории, внутреннее по отношению к центру описываемой автомобилем окружности колесо вращается медленней, наружное быстрей — при этом сателлиты вращаются вокруг своей оси, обегая шестерни полуосей. Но принцип деления момента поровну между колесами — сохраняется. Мощность же, подаваемая на колеса, перераспределяется, — ведь она равна произведению крутящего момента на угловую скорость колеса. Если радиус поворота настолько мал, что внутреннее колесо останавливается, тогда внешнее вращается с вдвое большей скоростью, чем при движении автомобиля по прямолинейной траектории. Итак, дифференциал не меняет крутящий момент, но перераспределяет между колесами мощность. Последняя всегда больше на том колесе, которое вращается быстрее.

История способов решения проблемы буксующего колеса

  • 1825 — Онесифор Пеккёр (Onesiphore Pecqueur, 1792—1852) изобрёл дифференциал.
  • 1932 — Фердинанд Порше начал исследования в области дифференциалов c проскальзыванием.
  • 1935 — компания «ZF Friedrichshafen AG», сотрудничающая с «Порше», выпустила на рынок кулачковый дифференциал, примененный впоследствии на ранних моделях Фольксваген (Type B-70)[1]
  • 1956 — американская компания Packard одной из первых начала выпуск моделей с -дифференциалом под фирменным названием «Twin Traction». В 60-х годах многие компании начали производство LSD-дифференциалов под различными фирменными названиями:
  • Alfa Romeo: Q2
  • American Motors: Twin-Grip
  • Buick: Positive Traction
  • Cadillac : Controlled
  • Chevrolet/GMC: Positraction
  • Chrysler: Sure Grip
  • Dana Corporation:Trak-Lok or Powr-Lok
  • Ferrari: E-Diff
  • Fiat: Viscodrive
  • Ford: Equa-Lock and Traction-Lok
  • International: Trak-Lok или Power-Lok
  • Jeep: Trac-Lok (clutch-type mechanical), Tru-Lok (gear-type mechanical), and Vari-Lok (gerotor pump), Power Lok
  • Oldsmobile: Anti-Spin
  • Pontiac: Safe-T-Track
  • Porsche: PSD (electro-hydraulic mechanical)
  • Saab: Saab XWD eLSD
  • Studebaker-Packard Corporation: Twin Traction

Самоблокирующийся дифференциал

Термин обозначает любой дифференциал, механика работы которого позволяет ему самостоятельно блокироваться — то есть, в первую очередь, выравнивать угловые скорости ведомых шестерён и превращаться в прямую передачу. Самоблокирующиеся дифференциалы не требуют никаких внешних систем управления и работают автономно. В автомобилях могут использоваться и как межколёсные и как межосевые. В гусеничной технике принципиально не используются. Условно все такие дифференциалы можно разделить на две группы: срабатывающие от крутящего момента и срабатывающие от разницы угловых скоростей на ведомых шестернях. В первую группу попадают дифференциалы с винтовой, червячной и дисковой блокировками. Во вторую — дифференциалы с вискомуфтой, дифференциалы с героторным насосом, дифференциалы с центробежным автоматом включения (Eaton G80), дифференциалы с обгонными муфтами (Ferguson). Такие конструкции, как кулачковые дифференциалы и дифференциалы Красикова/Нестерова, в контексте принципов срабатывания блокировки вероятно можно считать чем-то промежуточным.

Принудительно блокируемые дифференциалы

Ручная блокировка дифференциала

Дифференциал с принудительной блокировкой

По команде из кабины шестерни дифференциала блокируются, и колёса вращаются синхронно. Таким образом, дифференциал стоит блокировать перед преодолением сложных участков пути (вязкий грунт, препятствия), и затем разблокировать после выезда на обычную дорогу. Применяется в вездеходах и внедорожниках.

При езде на таких автомобилях чаще всего не рекомендуется блокировать дифференциал, когда автомобиль движется, желательно включать блокировку на стоянке. Также нужно знать, что крутящий момент, создаваемый мотором, настолько велик, что может сломать механизм блокировки или полуось. Обычно производители автомобиля отдельно указывают рекомендованную максимальную скорость движения при заблокированном дифференциале, в случае её превышения возможны поломки трансмиссии. Включенная блокировка, особенно в переднем мосту, отрицательно влияет на управляемость.

Электронное управление дифференциалом

На внедорожниках, снабжённых антипробуксовочной системой (TRC и другие), если одно из колёс буксует, то оно подтормаживается рабочим тормозом.

Похожее решение было применено в «Формуле-1» в 1998 году. В болиде McLaren MP4/13 команды «Макларен» при повороте гонщик мог притормозить внутреннее колесо рабочим тормозом. Эту систему быстро запретили, однако в Формуле-1 прижилась конструкция фрикционного дифференциала, в котором фрикцион дополнительно управляется компьютером. В 2002 году технический регламент был ужесточён; с того же (2002) года и по сей день в Формуле-1 разрешены только дифференциалы простейшего типа.

Преимущество электронного управления в том, что повышается тяга в повороте, и степень блокировки можно настроить в зависимости от предпочтений водителя. На прямой совсем не теряется мощность двигателя. Недостаток в том, что датчики и исполнительные механизмы обладают некоторой инерцией, и такой дифференциал нечувствителен к быстро меняющимся дорожным условиям.

DPS

Основная статья: DPS

Dual Pump System — система с двумя насосами, автоматически подключающая вторую ось, когда не хватает одной. Применяется в системах полного привода Honda. Достоинства: работает автоматически, на хорошей дороге экономит бензин. Недостатки: ограниченная проходимость, сложность, ограничения на буксировку.

Имитация блокировки дифференциала

Имитация блокировки дифференциала (далее ИБД) — выравнивание частоты вращения буксующего и небуксующего колёс наподобие того, как это выглядит в случаях реальной механической блокировки дифференциала, только не за счёт механической связи колёс или принудительного снижения КПД дифференциала, а за счёт торможения буксующего колеса рабочим тормозом. При этом, согласно принципам работы любого дифференциала, на имеющем низкую силу сцепления с дорогой буксующем колесе тормозное усилие вызывает рост крутящего момента, что приводит к сравнимому росту крутящего момента на имеющем высокую силу сцепления с дорогой отстающем колесе, что, в свою очередь, позволяет использовать его зацеп с дорогой и тем самым даёт эффект в виде общего роста силы тяги оси. Главный управляющий механизм всех систем ИБД — АБС тормозов. Работа системы ИБД выражается в кратковременном импульсном подтормаживании буксующего колеса рабочим тормозом, и её эффективность определяется частотой срабатывания, поэтому системы ИБД стали возможны только вместе с появлением современных высокочастотных АБС тормозов.

ИБД есть именно имитация. В отличие от любых систем реальной блокировки дифференциала, которые при срабатывании как бы выводят дифференциал из работы и тем самым позволяют перераспределять крутящие моменты до некоего соотношения, декларируемого коэффициентом блокировки, ИБД ни при каких условиях не может вывести дифференциал из работы, и в процессе работы ИБД крутящие моменты всегда находятся в единственно возможной пропорции, присущей данному дифференциалу (для межколёсного дифференциала это обычно 50/50). Невозможность произвольно перераспределять крутящие моменты в соответствии с имеющимися силами сцепления на колёсах есть неустранимый недостаток любой системы ИБД, и именно поэтому ИБД обычно не применяется на настоящих внедорожниках, эксплуатация которых предполагает случаи движения при ежесекундно произвольно меняющихся силах сцепления на колёсах в максимально широком диапазоне от 0 до 100 процентов. Другим неустранимым недостатком любых систем ИБД есть то, что при срабатывании ИБД некоторая часть мощности двигателя тратится на преодоление тормозного усилия, что понижает величину эффективно используемой мощности для движения. Также само заторможенное колесо может увеличивать общее сопротивления движению, хотя современные высокочастотные системы ИБД стараются этого не допускать.

Впервые принцип имитации блокировки дифференциала был описан в журнале «Юный техник» №10 за 1983-й год.

Почему буксует автомобиль? Почему одно из ведущих колёс, попав на лёд или в грязь, яростно крутится вхолостую, в то время как другое, хорошо сцепленное с дорогой, остаётся неподвижным? Вы, ребята, наверное, знаете, что карданный вал автомобиля соединён с колёсами через дифференциал, позволяющий им вращаться с разной скоростью. Если бы не дифференциал, то не избежать проскальзывания шин на поворотах. Однако на плохой дороге дифференциал может сослужить плохую службу — недаром вездеходы оснащаются блокировкой дифференциала, которая не допускает вращения одного колеса, когда другое неподвижно.

Простой способ повысить проходимость легковых автомобилей предложил десятиклассник Сергей Кабанов из Сумской области. «Если колесо вращается, не испытывая сопротивления, — рассуждает он, — то его надо затормозить; тогда другое колесо придёт в движение, и машина тронется с места». Сергей предлагает установить кран на тормозной магистрали автомобиля. В среднем положении крана тормозное усилие передаётся на все колёса, но, повернув его, мы направим тормозную жидкость только к одному из ведущих колёс. Для блокировки дифференциала следует повернуть кран в сторону буксующего колеса и нажать на педаль тормоза. В среднее положение кран возвращается сам, под действием возвратной пружины; это гарантирует надёжность тормозов в обычных условиях.

Системы ИБД могут применяться на автомобиле как сами по себе, так и вместе с различными системами настоящей блокировки. Совместная работа обеих систем может строится как по взаимоисключающему, так и по взаимодополняющему принципу. Потенциально система ИБД может применять на машинах любых типов. В сравнении с механически блокируемыми дифференциалами ИБД не теряет своих качеств от эксплуатации, не требует регулировок и специального техобслуживания, не требует от водителя специальных навыков езды.

Системы ИБД не являются противобуксовочными системами в чистом виде, и в отличие от них ИБД никак не влияют на управление двигателем автомобиля, а решают задачу по максимизации силы тяги при императивно заданном водителем уровне доступной мощности.

Активный дифференциал

Термин означает любой дифференциал, устройство которого позволяет перераспределять мощность/тягу на ведомых звеньях в любой требуемой для данного момента движения пропорции. Именно в этом и есть отличие активного дифференциала от блокируемого, в котором управление мощностью на ведомых звеньях в принципе не возможно, и таковая определяется исключительно силами сцепления. Все активные дифференциалы имеют двухканальную систему управления и обязательно два управляющих элемента — два тормоза или два фрикциона — включающихся в работу по команде от внешних источников. Все активные дифференциалы помимо основной планетарной передачи, выполняющей функции свободной раздачи мощности, имеют парный комплект дополнительных планетарных или простых зубчатых передач, выполняющих функцию перераспределения мощности в свою сторону. Каждая из этих парных передач связана со своим управляющим элементом. Хотя какие-либо механизмы блокировки у активных дифференциалов отсутствуют, фактически, все активные дифференциалы также являются блокируемыми, только в них не один симметричный режим блокировки, а два несимметричных (по одному для каждой из двух сторон). В этих режимах управляющий элемент дифференциала работает без внутренней пробуксовки, а сам дифференциал превращается в понижающе-повышающую передачу. На легковых автомобилях с активными дифференциалами эти крайние режимы могут и не использоваться, зато они используются в дифференциальных механизмах поворота гусеничных машин.

Случаи отсутствия дифференциалов в трансмиссии

Наличие дифференциалов, делящих мощность, в трансмиссии транспортной машины не обязательно. Их отсутствие несомненно приводит к повышению нагрузок на трансмиссию и повышенному износу колёс, но с этим либо мирятся, либо в аспекте предполагаемой эксплуатации конкретной машины это не важно. Четырёхколёсный автомобиль с двумя ведущими колёсами в принципе может обходится без дифференциала — например, карт, или гоночный автомобиль с задней ведущей осью для гонок на покрытиях с низким коэффициентом сцепления. В экстра случаях дифференциал может отсутствовать даже и на гоночной машине для асфальта (пример — победитель гонки 24 часа Ле-Мана 1991 года Mazda 787B). На чисто переднеприводной машине межколёсный дифференциал должен быть обязательно, так как его отсутствие не позволит адекватно поворачивать независимо от типа дорожного покрытия. В полноприводных машинах могут отсутствовать межосевые дифференциалы, при этом опять же, либо это неважно в аспекте экплуатации машины (пример — гоночные машины WRC 2012-2016 годов), либо движение на такой машине допускается только на покрытиях с низким коэффициентом сцепления (пример — внедорожники с подключаемой передней осью типа УАЗ-469, ГАЗель 4х4, Соболь 4х4 или Jeep Wrangler). Дифференциалы отсутствуют на тяговых машинах ж/д транспорта — на электровозах, тепловозах, электропоездах, вагонах метро. Колёса одной оси этих машин за счёт конической поверхности круга катания и увеличения ширины колеи на дуге могут сдвигаться чуть в сторону от центра пути и тем самым обеспечивают разный диаметр в точках контакта колеса с рельсом. Плюс к этому, колёса могут проскальзывать при движении по дуге, издавая при этом специфический звук, что отчасти нивелируется наклоном рельсового полотна в кривых. Отдельные механизмы поворота гусеничных машин также могут обходиться без дифференциалов в своей конструкции — здесь движение машины по дуге определяется либо пробуксовкой фрикционных муфт, либо вообще машина имеет лишь несколько фиксированных радиусов поворота. Дифференциалов нет в веломобилях, где вместо них ради удешевления и простоты применяются более простые и доступные трещотки (обгонные муфты) в колёсах — такой привод допускает вращение колёс на ведущей оси с разной скоростью, но при этом тяга передаётся только на то колесо, которое медленнее вращается. Дифференциалов может не быть в мотоблоках и средствах малой механизации, где их отсутствие нивелируется предельно узкой колеёй колёс ведущей оси, легкодеформируемыми покрышками и низким коэффициентом сцепления между колёсами и землёй. Так же дифференциал может отсутствовать в электромобилях в которых используется по мотору на каждое колесо.

См. также

Примечания

  1. ↑ The Motor Vehicle K.Newton W.Steeds T.K.Garrett Ninth Edition pp549-550

Ссылки

Главная передача и дифференциал автомобиля

Расскажем про устройство главной передачи и для чего нужен дифференциал автомобиля. Как происходит обслуживание и основные неисправности в работе.

Для чего нужны

Крутящий момент от коленвала двигателя заднеприводной машины через сцепление, коробку передач и карданную передачу передается на пару косозубых шестерен, которые находятся в постоянном зацеплении. Оба колеса будут вращаться с одинаковой угловой скоростью. Но ведь поворот автомобиля невозможен, т.к. колеса должны пройти неодинаковое расстояние при этом маневре! Внешнее от центра поворота колесо проходит путь значительно больший, чем внутреннее.

Если бы каждому колесу передавалось одинаковое количество оборотов, то поворот автомобиля, без черных следов, был бы невозможен. Следовательно, любой автомобиль имеет некий механизм, позволяющий ему делать повороты без «черчения» резиной колес по асфальту. Этот механизм называется – дифференциалом.

Дифференциал автомобиля предназначен для распределения крутящего момента между полуосями ведущих колес при повороте автомобиля и при движении по неровностям дороги. Дифференциал позволяет колесам вращаться с разной угловой скоростью и проходить неодинаковый путь без проскальзывания относительно покрытия дороги.


Иными словами 100% крутящего момента, который приходит на дифференциал, могут распределяться между ведущими колесами 50 х 50 или в другой пропорции (например, 60 х 40). К сожалению, пропорция может быть — 100 х 0. Значит одно из колес стоит на месте, а другое буксует. Зато данная конструкция позволяет автомобилю поворачивать без заноса, а водителю не менять каждый день изношенные шины.

Из чего состоит

  • двух шестерен полуосей
  • двух шестерен сателлитов

Главная передача с дифференциалом: 1 — полуоси; 2 — ведомая шестерня; 3 — ведущая шестерня; 4 — шестерни полуосей; 5 — шестерни-сателлиты.

У переднеприводных автомобилей главная передача и дифференциал расположены в корпусе коробки передач. Двигатель у таких автомобилей расположен не вдоль, а поперек оси движения, значит, изначально крутящий момент от двигателя передается в плоскости вращения колес. Поэтому нет необходимости изменять направление крутящего момента на 90О, как у заднеприводных машин. Но, функция увеличения крутящего момента и распределения его по осям колес, остается неизменной.

Основные неисправности

Шум («вой» главной передачи) при движении на большой скорости возникает из-за износа шестерен, неправильной их регулировке или при отсутствии масла в картере главной передачи. Для устранения неисправности необходимо отрегулировать зацепление шестерен, заменить изношенные детали, восстановить уровень масла. Подтекание масла может быть через сальники и неплотные соединения. Для устранения неисправности следует заменить сальники, подтянуть крепления.

Как происходит обслуживание

Шестерни главной передачи и дифференциала требуют смазки. Хотя детали выглядят массивными «железяками», но тоже имеют запас прочности. Поэтому рекомендации относительно резких стартов и торможений, грубых включений сцепления и прочей перегрузки машины остаются в силе.

Трущиеся детали и зубья шестерен должны постоянно смазываться. Поэтому в картер заднего моста (у заднеприводных авто) или в картер блока – коробка передач, главная передача, дифференциал (у переднеприводных авто), заливается масло, уровень которого необходимо периодически контролировать. Масло, в котором работают шестерни, имеет склонность к «утеканию» через неплотности в соединениях и через изношенные сальники.

При возникновении подозрений на какую-либо неприятность с трансмиссией, поднимите домкратом одно из ведущих колес автомобиля. Запустите двигатель и, включив передачу, заставьте вращаться это колесо. Просмотрите и прослушайте всё, что крутится, издает подозрительные звуки. Затем поднимите домкратом колесо с другой стороны. При повышенном шуме, вибрациях и подтеканиях масла – ищите сервис.

Есть ли дифференциал на переднем приводе

Дифференциал – один из важнейших элементов трансмиссии автомобиля. Его основное предназначение заключается в распределении, изменении и передачи крутящего момента, а при необходимости, для обеспечения вращения двух потребителей с различными угловыми скоростями.

Межколесный дифференциал – это дифференциал, предназначенный для привода ведущих колес, если же он установлен между ведущими мостами в полноприводном автомобиле – межосевой интервал.

Как правило, дифференциал автомобиля располагается в следующим местах:

  • Привод ведущих мостов в полноприводном автомобиле – в раздаточной коробке
  • Привод ведущих колес в полноприводном автомобиле – в картере заднего и переднего моста
  • Привод ведущих колес в переднеприводном автомобиле — в коробке передач
  • Привод ведущих колес в заднеприводном автомобиле – картер заднего моста

В основе дифференциала лежит планетарный редуктор. Используемый в редукторе вид зубчатой передачи условно делит дифференциал на три следующих вида:

Червячный – самый универсальный дифференциал и может быть установлен как между осями, так и между колесами. Цилиндрический тип, как правило, располагается в полноприводных автомобилях между осями. Конический тип применяется в основном как межколесный.

Различают также несимметричный и симметричный дифференциалы автомобиля. Несимметричный тип устанавливается между двумя приводными осями и позволяет передавать крутящий момент в различных пропорциях. Симметричный тип, как правило, устанавливается на главных передачах и позволяет передает на два колеса равный по значению крутящий момент.

Устройство автомобильного дифференциала

Основными элементами дифференциала являются:

  • Полуосевые шестерни
  • Шестерни сателлитов
  • Корпус

Схема дифференциала переднеприводного автомобиля:
1 — ведомая шестерня главной передачи; 2 — фрагмент ведущей шестерни главной передачи; 3 — ось сателлитов; 4 — сателлит; 5 — корпус дифференциала; 6 — правый фланцевый вал; 7 — сальник; 8 — конический роликовый подшипник; 9 — полуосевая шестерня; 10 — левый фланцевый вал; 11 — фрагмент картера коробки передач.

Шестерни сателлитов по своему принципу работы напоминают планетарный редуктор и служат для соединения между собой корпуса и полуосевой шестерни. Последние в свою очередь соединяются с помощью шлицов с ведущими колесами. В различных конструкциях используются четыре или два сателлита, в легковых автомобилей чаще используется второй вариант.

Чашка дифференциала или корпус – ее основное предназначение заключается в том, чтобы передавать через сателлиты крутящий момент от главной передачи к полуосевым шестерням. Внутри него располагаются оси для вращения сателлит.

Солнечные или полуосевые шестерни – предназначены для передачи крутящего момента с помощью полуосей на ведущие колеса. Левая и правая шестерни могут иметь как одинаковое, так и различное между собой число зубцов. В свою очередь шестерни с различным число зубов используются для образование несимметричного дифференциала, а с одинаковым количеством – для симметричного.

Принцип работы автомобильного дифференциала

Работает дифференциал следующим образом: вращая одно из ведущих колес автомобиля, второе начнет вращаться в противоположном направлении, но при этом должно выполняться условие неподвижности карданного вала. В данном случае стеллиты вращаются в свих осях, играя роль шестерни.

Если завести двигатель и включить сцепление и любую из передач, начнет свое вращение карданный вал, передающий свой крутящий момент через цилиндрические и конические шестерни коробке дифференциала.

Таким образом, во время движения автомобиля по кривой траектории одно колесо замедляет свой ход, второе наоборот увеличивает его. В результате устраняется пробуксовка и скольжение колес и каждое из них вращается с той скоростью, которая необходима для безопасного движения.

Во время движения автомобиля по прямой, ничего особенного не происходи и дифференциал передает крутящий момент на оба колеса в одинаковом соотношении. Шестерни полуосевые вращаются с одинаковой угловой скоростью, так как сателлиты в этом случае находятся в неподвижном состоянии.

При движении на скользких покрытиях дифференциал обладает одним существенным недостатком – он может вызвать боковой занос машины, так как на буксующем колесе низкая сила сцепления с покрытием и оно начинает вращаться в холостую.

Самые простейшие дифференциалы автомобиля обладают еще одним недостатком. При попадании грязи или прочих сторонних элементов между шлицами крутящий момент может передаваться в различном соотношении, даже 0 к 100. Таким образом, одно колесо останется в абсолютно статичном положение.

Современные модели практически лишены данного недостатка. Их устройство отличается ручной или автоматической более жесткой блокировкой. Более того, во многих легковых современных машинах устанавливаются системы стабилизации и курсовой устойчивости, позволяющие оптимизировать в зависимости от траектории движения автомобиля распределение крутящего момента.

Как работает дифференциал — видео:

На этом всё, теперь вы знаете устройство дифференциала.

Здравствуйте друзья читатели! Поговорим о механизме, который есть и будет на каждом автомобиле – дифференциал. Что такое дифференциал в автомобиле и зачем нужен? Дифференциал нужен для оптимального распределения крутящего момента при поворотах и маневрировании, когда колеса начинают крутиться с разными угловыми скоростями.

Дифференциал, как я думаю о нем, должен писаться с большой буквы. Он являет собой самый первый сложный шестеренчатый механизм, изобретенный на заре автомобилестроения. Поняв его и испытав восторг от человеческого гения, который смог так просто решить важную проблему, ты убедишься что сути-то он прост как пять копеек, а какую задачу решил!

О нем особо никто теперь не думает, он есть — да и есть, и должен быть всегда. Привыкли. А ведь без него нет ни одного автомобиля. Это важнейший элемент трансмиссии!

Где расположен дифференциал:

  • на заднеприводном автомобиле в картере моста, и совмещен с шестерней главной передачи;
  • на переднеприводном, тоже совмещен с главной передачей и как правило в одном картере с коробкой передач;
  • на полноприводных автомобилях они присутствуют и в переди, и сзади, и совмещены с главными передачами;
  • так же, в полноприводных автомобилях внедорожниках и кроссоверах, для оптимального распределение крутящего момента на все колеса, добавляется третий дифференциал и устанавливается между осями в раздаточной коробке.

Те дифференциалы, которые работают на ведущих колесах называют межколесными, а дифференциалы, распределяющие моменты между осями автомобиля – межосевыми.

Принцип работы дифференциала построен на идее планетарного редуктора. В зависимости от использования вида шестерен, дифференциалы бывают следующих видов: цилиндрические, конические, червячные.

Дифференциал конический, как правило применяют в межколесных дифференциалах. Цилиндрический распространен, ввиду его конструктивной простоте, в межосевых дифференциалах. Червячный признан как универсальный и самый тихий в работе, хотя самый сложный в изготовлении, применяется и в межколесных и в межосевых.

Устройство дифференциала автомобиля

Рассмотрим устройство дифференциала автомобиля. Все дифференциалы имеют один и тот же принцип – принцип планетарного редуктора. То есть имеют полуосевые шестерни и бегущие по ним, шестерни – сателлиты.

Корпус (чашка дифференциала) принимает крутящий момент от шестерни главной передачи, чарез оси сателлитов и сами шестерни-сателлиты и передает на полуосевые шестерни.

Сателлитов может быть два или четыре в коническом дифференциале, это зависит от мощности автомобиля.

В конических и червячных дифференциалах из ровно в два раза больше, это связано с конструктивной особенности такого типа дифференциалов. Пары сателитов распределяется каждый на свою полуосевую шестерню.

Полуосевые шестерни, в планетарке их еще называют светлым название «солнечные шестерни», передают уже крутящий момент на колеса. Левые и правые полуосевые шестерни могут иметь разное количество зубьев, такие дифференциалы называют несимметричные. Нессиметричные дифференциалы, соответственно, имеют и пары сателлитов с разным количеством зубов (рассмотрите внимательно конический дифференциал на чертеже выше).

Несмотря на ассиметричность, дифференциалы работают так же как и симметричные, и та или иная идея конструкторов по компоновке этих механизмов обусловлена лишь соображениями компактности и конструктивной необходимости.

Работа дифференциала

Работа межколесного дифференциала характеризуюется тремя режимами:

  1. движение по прямой;
  2. работа в поворотах;
  3. в условиях скользкой дороги.

При движении прямо, силы распределяются поровну на каждое колесо, крутящий момент через корпус передается на сателлиты. Сателлиты не вращаются на своих осях, соответственно полуоси вращаются с равными угловыми скоростями.

В повороте же начинает работать дифференциал, то есть выполнять работу, для которой он и был создан. Внутренне колесо начинает бежать по меньшему радиусу, а внешнее по большому, угловые скорости на полуосевых шестернях начинают меняться. Сателлиты начинают вращаться вокруг своих осей, которые увеличивают скорость внешней шестерни полуоси, бегущего по внешнему радиусу колеса и уменьшать угловую скорость внутренней шестерни, полуось и колесо, бегущего по внутреннему радиусу.

Суммы частот вращения полуосевых шестерен всегда соответствуют частоте вращения ведомой шестерни главной передачи. Поэтому при повороте тяга на колеса всегда одинаковая и никогда не происходит пробуксовки внутреннего колеса, при условии равного сцепления колес с дорогой.

Если же автомобиль попадает в условия скользкой дороги, то колесо у которого меньшее сцепление начинает пробуксовавать, вращаться быстрее, а то колесо у которого сцепление с дорогой больше, просто перестает вращаться и по сути дела автомобиль просто будет стоять на месте с одним вращающемся колесом. Это тот минус дифференциала, который обусловлен его конструкцией.

Бороться с таким явление можно, и конструкторы придумали блокировку дифференциала. Но об этом в другой статье.

Спасибо за внимание! Переходите в другую статью, там наверняка вы найдете много для себя полезного. И поделитесь с друзьями в соц.сетях.

Честный полный привод является залогом высокой проходимости автомобиля или другой техники. Но вот реализуется он практически всегда с применением межосевых и межколесных дифференциалов, а на кроссоверах так вообще используются вискомуфты, которые не подходят для полного бездорожья. Принцип работы дифференциала упрощенно выглядит так: крутящий момент передается туда, где легче провернуть ось или колесо. Сделано это преимущественно для улучшения управляемости, особенно в поворотах, когда колеса вынуждены вращаться с разными угловыми скоростями. Но вот на бездорожье наличие дифференциала способствует ухудшению проходимости из-за того, что крутящий момент передается колесу, имеющему наихудшее сцепление с поверхностью. И если межосевой дифференциал часто имеет возможность блокировки, как на той же Ниве, то межколесный редко отличается такой полезной функцией, за исключением, разве что, некоторых дорогих внедорожников.

«Электродуговая» блокировка дифференциала

Почти на любой внедорожник в продаже можно найти самоблокирующиеся и принудительно блокирующиеся дифференциалы. Их конструкция может быть различной, соответственно выбор довольно разнообразным, особенно на массовые внедорожники, такие как Нива, УАЗ, Toyota Land Cruiser, Mitsubishi Pajero и прочие. Но самым бюджетным и простым способом заблокировать любой дифференциал является его заварка. Просто с помощью сварочного аппарата привариваем сателлиты к осевым шестерням и получаем постоянно заблокированный дифференциал.

Электродуговая блокировка дифференциала

Такой подход часто используют любители дрифтинга и бездорожья. Заваренный редуктор позволяет равномерно распределить крутящий момент между колесами, тем самым значительно повысив проходимость автомобиля. Но есть и обратная сторона, заблокированный мост существенно ухудшает управляемость, поэтому использовать такой автомобиль на дорогах общего пользования опасно.

Плюсы и минусы заваренного редуктора на бездорожье

В статье про трицикл из мотоцикла Урал я говорил, что дифференциал в жигулевском мосту заварен. Но позже туда был установлен обычный дифференциал. Разница почувствовалась сразу.

Перевернутый жигулевский мост на трицикле

Итак, перечислим основные достоинства заваренного дифференциала на бездорожье:

  1. Проходимость. Что есть, то есть. Из-за отсутствия распределения крутящего момента проходимость заметно повышается. Снижается вероятность пробуксовки колеса из-за недостаточного сцепления с поверхностью, что само по себе уже ухудшает это сцепление. Подробнее про этот эффект (трение покоя и скольжения) в статье по типам полного привода (ссылка в конце этой статьи).
  2. Прямолинейность движения. С заблокированным редуктором трицикл стремится ехать прямо в любых условиях, что иногда оказывается полезно. Можно, например, тормозить поворотом руля. Но этот эффект скорее мешает, чем помогает. Подробнее чуть ниже.

На этом достоинства «электродуговой» блокировки моста заканчиваются, а недостатков у нее не меньше.

  1. Управляемость. Точнее ее отсутствие. Из-за того, что оба задних колеса постоянно вращаются с одинаковой угловой скоростью трицикл поворачивает неохотно. Особенно это мешает при резких поворотах и разворотах. Сложнее точно держать траекторию движения, а если попал в глубокую колею, то выехать из нее почти невозможно.
  2. Тяжелое управление. Вытекает из предыдущего пункта. Особенно проявляется при продолжительных поперечных кренах, когда руки просто «затекают» от постоянного напряжения на руле.
  3. Нагрузка на конструкцию. Особенно страдает подвеска, как передняя, так и задняя. Пару раз отрывало тяги заднего поста, крепление задних амортизаторов, треснула рама в районе рулевой колонки. С обычным редуктором ничего подобного не наблюдалось, даже при жесткой эксплуатации.
  4. Возможно малый срок службы заваренного дифференциала. На Урале ввиду относительно малой мощности двигателя (около 35 л.с. против 75 л.с. у жигулевского) заваренный мост исправно служил более двух лет без каких-либо проблем. Но при использовании «электродуговой» блокировки на автомобиле, да еще и по асфальту, думаю мост долго не протянет.

Вывод

Заметного ухудшения проходимости после установки на трицикл обычного дифференциала не наблюдалось. Даже на скользкой поверхности «гребут» обычно два колеса. Только если сцепление с поверхностью у колес заметно различается, тогда блокировки действительно не хватает. Зато управляемость заметно улучшилась, что позволило виртуозно маневрировать в сложных ситуациях. А это, как я считаю, гораздо важнее. Конечно, блокировка бы не помешала, но только автоматическая или подключаемая вручную. Но не постоянная.

Еще нужно учесть, что перечисленные плюсы и минусы заваренного моста ярко проявляются при использовании его на трицикле. Т.е. если, скажем поставить заваренный мост на автомобиль, у которого база гораздо больше, то управляемость ухудшится не так сильно. А если он еще и полноприводный, то этот эффект будет еще менее заметен. Но лучше все таки потратиться на самоблоки или принудительные блокировки, если речь идет об автомобиле, который будет использоваться не только для бездорожья, но и для повседневных поездок по городу.

Дифференциал (механика) — Википедия. Что такое Дифференциал (механика)

Устройство дифференциала (центральная часть) Задний ведущий мост, в нём стоит дифференциал.

Дифференциа́л (от лат. differentia – разность, различие) — механизм в составе трансмиссий транспортных и (реже) технологических машин по передаче мощности посредством вращения с одновременным делением единого потока мощности на два дифференциально связанных или суммированием двух независимых потоков мощности в один. Особенность дифференциала и смысл его термина в том, что деление/суммирование потоков мощности этот механизм производит именно дифференциально: каждый из двух исходящих/входящих потоков может в любое время получать/давать от 0 до 100% мощности относительно единого на входе/выходе (с поправкой на КПД дифференциала), а соотношение этих мощностей между собой может быть любое в пределах этих 100%.

В каноническом чисто механическом виде представляет собой планетарную передачу, состоящую из одного простого трёхзвенного плоского или пространственного планетарного механизма без каких-либо управляющих элементов (тормозов или фрикционов). Фактические дифференциалы, исходя из своих задач в трансмиссии, могут быть дополнены планетарными рядами и управляющими элементами. Однако в последнее время получили распространение чисто фрикционные устройства, выполяющие функции дифференциала — вискомуфты.

В отличие от мощности и угловой скорости вращения крутящий момент дифференциалом делится жёстко и неизменно. Отсюда такие термины как симметричный дифференциал (момент делится в соотношении 50/50) или несимметричный (момент делится в любых неравных соотношениях). При суммировании крутящие моменты на дифференциале также складываются в один по определённым принципам.

С точки зрения механики, любой дифференциал имеет две и только две степени свободы. Механизм, выполняющий функции дифференциала и имеющий три степени свободы, правильнее называть двойным дифференциалом (четыре — тройным, и так далее).

Назначение

Необходимость применения дифференциала в конструкции привода автомобилей обусловлена тем, что внешнее колесо при повороте проходит более длинную дугу, чем внутреннее. То есть при вращении ведущих колёс с одинаковой скоростью поворот возможен только с пробуксовкой, а это негативно сказывается на управляемости и сильно повышает износ шин.

Назначение дифференциала в автомобилях:

  • позволяет ведущим колёсам вращаться с разными угловыми скоростями;
  • неразрывно передаёт крутящий момент от двигателя на ведущие колёса;

В случае единственного приводного колеса или отдельного двигателя для каждого из ведущих колёс дифференциал не требуется. В конструкции раллийных автомобилей иногда дифференциал намертво блокируют (заваривают), жёстко связывая колёса ведущей оси — это допустимо, так как на гравии или снегу в ралли повороты проходятся только с заносом. Также дифференциал отсутствует в конструкции картов, при этом гибкость их рам обычно позволяет вывешивать ведущее заднее колесо с внутренней стороны поворота без отрыва передних колёс от трассы. В веломобилях с ведущей осью вместо дифференциала часто применяются более простые и доступные трещотки (обгонные муфты) в колёсах — такой привод допускает вращение колёс на ведущей оси с разной скоростью, но при этом весь момент передаётся только на то колесо, которое медленнее вращается.

Устройство

Основой любого дифференциала может быть только планетарная передача, которая в силу механики своей работы единственная из всех передач вращательного движения может решать задачи, стоящие перед дифференциалом в трансмиссии. Термин «планетарный дифференциал» является избыточным — любой дифференциал планетарный. Работоспособность как дифференциала абсолютно не зависит ни от её состава или формы, ни от выбора конкретных звеньев под ведущие или ведомые. Любая в самом простом своём варианте — трёхзвенного планетарного механизма без каких-либо управляющих элементов — может выполнять функции по разложению одного потока на два взаимосвязанных или сложению двух независимых потоков в один. Выбор иных звеньев в качестве ведущих, а других в качестве ведомых определяется лишь требуемой кинематикой связей дифференциала с другими элементами трансмиссии и особенностями механики работы дифференциала в выбранном формате распределения функций между звеньями. Дополнение управляющими элементами и применение так называемых сложных планетарных механизмов наделяет дифференциал возможностями по взаимовыравниванию угловых скоростей потоков и возможностями по активному управлению этими скоростями.

Дифференциал автомобиля Porsche Cayenne в разрезе

Каноническим, наиболее известным видом дифференциала является межколёсный дифференциал автомобиля, выполненный на основе простого (то есть, трёхзвенного) пространственного планетарного механизма схемы на четырёх конических шестернях. Водилом планетарной передачи такого дифференциала фактически служит весь его корпус — это ведущее звено ➁. Две шестерни являются сателлитами на общей оси ➂. И две шестерни являются двумя солнцами — двумя ведомыми звеньями ➃. Подача мощности осуществляется на корпус (водило) через жёстко закреплённую ведомую шестерню главной передачи, которая в свою очередь в паре с ведущей шестернёй ➀ формально есть другой элемент трансмиссии, несмотря на то, что дифференциал с ведомой шестернёй зачастую выглядит как единый сборочный узел. Снятие мощности осуществляется с двух солнц, к которым в данном случае пристыкованы валы с шарнирами типа ШРУС.

Расположение

На автомобилях с одной ведущей осью дифференциал располагается на ведущей оси.

На автомобилях со сдвоенной ведущей осью два дифференциала, по одному на каждой оси.

На автомобилях с подключаемым полным приводом по одному дифференциалу на каждой оси. На таких машинах не рекомендуется ездить по дорогам с плотным покрытием с включенным полным приводом.

На автомобилях с постоянным полным приводом есть три дифференциала: по одному на каждой оси (межколёсный), плюс один распределяет крутящий момент между осями (межосевой).

При трёх или четырёх ведущих мостах (колёсная формула 6 × 6 или 8 × 8) добавляется ещё межтележечный дифференциал.

Проблема буксующего колеса

Обычный («свободный») дифференциал отлично работает, пока ведущие колёса неразрывно связаны с дорогой. Но, когда одно из колёс теряет сцепление (оказывается в воздухе или на льду), то вращается именно это колесо, в то время как другое, стоящее на твёрдой земле, неподвижно. В случае потери сцепления одним из колёс, его сопротивление вращению падает, а раскрутка происходит без существенного увеличения момента сопротивления (трение скольжения в пятне контакта меньше трения покоя и несущественно зависит от скорости пробуксовки). В момент когда колесо начинает проскальзывать, крутящие моменты на колесах не равны друг другу, а обратно пропорциональны сопротивлению вращения колес.

При прямолинейном движении автомобиля сателлиты относительно собственной оси не вращаются. Но каждый, подобно равноплечему рычагу, делит крутящий момент ведомой шестерни главной передачи поровну между шестернями полуосей. Когда автомобиль движется по криволинейной траектории, внутреннее по отношению к центру описываемой автомобилем окружности колесо вращается медленней, наружное быстрей — при этом сателлиты вращаются вокруг своей оси, обегая шестерни полуосей. Но принцип деления момента поровну между колесами — сохраняется. Мощность же, подаваемая на колеса, перераспределяется, — ведь она равна произведению крутящего момента на угловую скорость колеса. Если радиус поворота настолько мал, что внутреннее колесо останавливается, тогда внешнее вращается с вдвое большей скоростью, чем при движении автомобиля по прямолинейной траектории. Итак, дифференциал не меняет крутящий момент, но перераспределяет между колесами мощность. Последняя всегда больше на том колесе, которое вращается быстрее.

История способов решения проблемы буксующего колеса

  • 1825 — Онесифор Пеккёр (Onesiphore Pecqueur, 1792—1852) изобрёл дифференциал.
  • 1932 — Фердинанд Порше начал исследования в области дифференциалов c проскальзыванием.
  • 1935 — компания «ZF Friedrichshafen AG», сотрудничающая с «Порше», выпустила на рынок кулачковый дифференциал, примененный впоследствии на ранних моделях Фольксваген (Type B-70)[1]
  • 1956 — американская компания Packard одной из первых начала выпуск моделей с -дифференциалом под фирменным названием «Twin Traction». В 60-х годах многие компании начали производство LSD-дифференциалов под различными фирменными названиями:
  • Alfa Romeo: Q2
  • American Motors: Twin-Grip
  • Buick: Positive Traction
  • Cadillac : Controlled
  • Chevrolet/GMC: Positraction
  • Chrysler: Sure Grip
  • Dana Corporation:Trak-Lok or Powr-Lok
  • Ferrari: E-Diff
  • Fiat: Viscodrive
  • Ford: Equa-Lock and Traction-Lok
  • International: Trak-Lok или Power-Lok
  • Jeep: Trac-Lok (clutch-type mechanical), Tru-Lok (gear-type mechanical), and Vari-Lok (gerotor pump), Power Lok
  • Oldsmobile: Anti-Spin
  • Pontiac: Safe-T-Track
  • Porsche: PSD (electro-hydraulic mechanical)
  • Saab: Saab XWD eLSD
  • Studebaker-Packard Corporation: Twin Traction

Самоблокирующийся дифференциал

Термин обозначает любой дифференциал, механика работы которого позволяет ему самостоятельно блокироваться — то есть, в первую очередь, выравнивать угловые скорости ведомых шестерён и превращаться в прямую передачу. Самоблокирующиеся дифференциалы не требуют никаких внешних систем управления и работают автономно. В автомобилях могут использоваться и как межколёсные и как межосевые. В гусеничной технике не используются. Условно все «самоблоки» можно разделить на две группы: срабатывающие от крутящего момента и срабатывающие от разницы угловых скоростей на ведомых шестернях. В первую группу попадают дифференциалы Quaife и Torsen, дифференциалы с дисковой и конусной блокировкой, кулачковые. Во вторую — механизмы, состоящие из обычного дифференциала и автоматического блокирующего устройства: дифференциалы с вискомуфтой, с центробежным автоматом включения (Eaton G80), дифференциалы с фрикционной блокировкой и дифференциальным насосом, дифференциалы с гидросопротивлением.

Принудительно блокируемые дифференциалы

Ручная блокировка дифференциала

Дифференциал с принудительной блокировкой

По команде из кабины шестерни дифференциала блокируются, и колёса вращаются синхронно. Таким образом, дифференциал стоит блокировать перед преодолением сложных участков пути (вязкий грунт, препятствия), и затем разблокировать после выезда на обычную дорогу. Применяется в вездеходах и внедорожниках.

При езде на таких автомобилях чаще всего не рекомендуется блокировать дифференциал, когда автомобиль движется, желательно включать блокировку на стоянке. Также нужно знать, что крутящий момент, создаваемый мотором, настолько велик, что может сломать механизм блокировки или полуось. Обычно производители автомобиля отдельно указывают рекомендованную максимальную скорость движения при заблокированном дифференциале, в случае её превышения возможны поломки трансмиссии. Включенная блокировка, особенно в переднем мосту, отрицательно влияет на управляемость.

Электронное управление дифференциалом

На внедорожниках, снабжённых антипробуксовочной системой (TRC и другие), если одно из колёс буксует, оно подтормаживается рабочим тормозом.

Похожее решение было применено в «Формуле-1» в 1998 г. в команде «Макларен»: в повороте внутреннее колесо подтормаживалось рабочим тормозом. Эту систему быстро запретили, однако в Формуле-1 прижилась конструкция фрикционного дифференциала, в котором фрикцион дополнительно управляется компьютером. В 2002 году технический регламент был ужесточён; с того же (2002) года и по сей день в Формуле-1 разрешены только дифференциалы простейшего типа.

Преимущество электронного управления в том, что повышается тяга в повороте, и степень блокировки можно настроить в зависимости от предпочтений гонщика. На прямой совсем не теряется мощность двигателя. Недостаток в том, что датчики и исполнительные механизмы обладают некоторой инерцией, и такой дифференциал нечувствителен к быстро меняющимся дорожным условиям.

DPS

Dual Pump System — система с двумя насосами, автоматически подключающая вторую ось, когда не хватает одной. Применяется в системах полного привода Honda. Достоинства: работает автоматически, на хорошей дороге экономит бензин. Недостатки: ограниченная проходимость, сложность, ограничения на буксировку.

Активный дифференциал

Термин означает любой дифференциал, устройство которого позволяет перераспределять мощность/тягу на ведомых звеньях в любой требуемой для данного момента движения пропорции. Именно в этом и есть отличие активного дифференциала от блокируемого, в котором мощность/тяга на ведомых звеньях может быть лишь выравнена до пропорции 50/50. Все активные дифференциалы имеют двухканальную систему управления и обязательно два управляющих элемента — два тормоза или два фрикциона — включающихся в работу по команде от внешних источников. Все активные дифференциалы помимо основной планетарной передачи, выполняющей функции свободной раздачи мощности, имеют парный комплект дополнительных планетарных или простых зубчатых передач, выполняющих функцию перераспределения мощности в свою сторону. Каждая из этих парных передач связана со своим управляющим элементом. Хотя какие-либо механизмы блокировки у активных дифференциалов отсутствуют, фактически, все активные дифференциалы также являются блокируемыми, только в них не один симметричный режим блокировки, а два несимметричных (по одному для каждой из двух сторон). В этих режимах управляющий элемент дифференциала работает без внутренней пробуксовки, а сам дифференциал превращается в понижающе-повышающую передачу. На легковых автомобилях с активными дифференциалами эти крайние режимы могут и не использоваться, зато они используются в дифференциальных механизмах поворота гусеничных машин.

Случаи отсутствия дифференциалов в трансмиссии

Наличие дифференциалов, делящих мощность, в трансмиссии транспортной машины не обязательно. Их отсутствие несомненно приводит к повышению нагрузок на трансмиссию и повышенному износу колёс, но с этим либо мирятся, либо в аспекте предполагаемой эксплуатации конкретной машины это не важно. Четырёхколёсный автомобиль с двумя ведущими колёсами в принципе может обходится без дифференциала — например, карт, или гоночный автомобиль с задней ведущей осью для гонок на покрытиях с низким коэффициентом сцепления. В экстра случаях дифференциал может отсутствовать даже и на гоночной машине для асфальта (пример — победитель гонки 24 часа Ле-Мана 1991 года Mazda 787B). На чисто переднеприводной машине межколёсный дифференциал должен быть обязательно, так как его отсутствие не позволит адекватно поворачивать независимо от типа дорожного покрытия. В полноприводных машинах могут отсутствовать межосевые дифференциалы, при этом опять же, либо это неважно в аспекте экплуатации машины (пример — гоночные машины WRC 2012-2016 годов), либо движение на такой машине допускается только на покрытиях с низким коэффициентом сцепления (пример — внедорожники с подключаемой передней осью типа УАЗ-469 или Jeep Wrangler). Дифференциалы отсутствуют на тяговых машинах ж/д транспорта — на электровозах, тепловозах, электропоездах, вагонах метро. Колёса одной оси этих машин за счёт конической поверхности круга катания и увеличения ширины колеи на дуге могут сдвигаться чуть в сторону от центра пути и тем самым обеспечивают разный диаметр в точках контакта колеса с рельсом. Плюс к этому, колёса могут проскальзывают при движении по дуге, издавая при этом специфический звук, что отчасти нивелируется наклоном рельсового полотна в кривых. Отдельные механизмы поворота гусеничных машин также могут обходиться без дифференциалов в своей конструкции — здесь движение машины по дуге определяется либо пробуксовкой фрикционных муфт, либо вообще машина имеет лишь несколько фиксированных радиусов поворота. Дифференциалов нет в веломобилях, где вместо них ради удешевления и простоты применяются более простые и доступные трещотки (обгонные муфты) в колёсах — такой привод допускает вращение колёс на ведущей оси с разной скоростью, но при этом тяга передаётся только на то колесо, которое медленнее вращается. Дифференциалов может не быть в мотоблоках и средствах малой механизации, где их отсутствие нивелируется предельно узкой колеёй колёс ведущей оси, легкодеформируемыми покрышками и низким коэффициентом сцепления между колёсами и землёй.

См. также

Примечания

  1. ↑ The Motor Vehicle K.Newton W.Steeds T.K.Garrett Ninth Edition pp549-550

Ссылки

Калькулятор дифференциальных уравнений

— eMathHelp

Калькулятор найдет решение данного ОДУ: первого порядка, второго порядка, n-го порядка, разделимое, линейное, точное, Бернулли, однородное или неоднородное.

Также поддерживаются начальные условия.

Показать инструкции

  • Как правило, знак умножения можно пропустить, поэтому «5x» эквивалентно «5 * x». (3x) `.3 (х).
  • Из приведенной ниже таблицы вы можете заметить, что sech не поддерживается, но вы все равно можете ввести его, используя идентификатор `sech (x) = 1 / cosh (x)`.
  • Если вы получаете сообщение об ошибке, дважды проверьте свое выражение, добавьте скобки и знаки умножения, где это необходимо, и обратитесь к таблице ниже.
  • Приветствуются все предложения и улучшения. Пожалуйста, оставьте их в комментариях.

В следующей таблице перечислены поддерживаемые операции и функции:

9 0032 acsc (x)
Тип Получить
Константы
e e
pi `pi`
i i (мнимая единица)
Операции
a + b a + b
ab ab
a * b `a * b`
a ^ b, a ** b ` a ^ b`
sqrt (x), x ^ (1/2) `sqrt (x)`
cbrt (x), x ^ (1/3) `root (3 ) (x) `
root (x, n), x ^ (1 / n) ` root (n) (x) `
x ^ (a / b) ` x ^ (a / b) `
x ^ a ^ b ` x ^ (a ^ b) `
abs (x) ` | x | `
Функции
e ^ x `e ^ x`
ln (x), журнал (x) ln (x)
ln (x) / ln (a) `log_a (x)`
Тригонометрические функции
sin (x) sin (x)
cos (x) cos (x)
tan (x) tan (x), tg (x)
кроватка (x) кроватка (x), ctg ( x)
сек (x) сек (x)
csc (x) csc (x), cosec (x)
Обратные тригонометрические функции
asin (x) , arcsin (x), sin ^ -1 (x) asin (x)
acos (x), arccos (x), cos ^ -1 (x) acos (x)
атан (x), arctan (x), tan ^ -1 (x) atan (x)
acot (x), arccot ​​(x), cot ^ -1 (x) acot (x)
asec (x), arcsec (x), sec ^ -1 (x) asec (x)
acsc (x), arccsc (x), csc ^ -1 (x)
Гиперболические функции
sinh (x) sinh (x)
cosh (x) cosh (x)
tanh (x) tanh (x)
coth (x) coth (x)
1 / cosh (x) sech (x)
1 / sinh (x) csch (x)
Обратные гиперболические функции
asinh (x), arcsinh (x), sinh ^ -1 (x) asinh (x)
acosh (x), arccosh (x), cosh ^ — 1 (x) acosh (x)
atanh (x), arctanh (x), tanh ^ -1 (x) atanh (x)
acoth (x), arccoth (x) , кроватка ^ -1 (x) acoth (x)
acosh (1 / x) asech (x)
asinh (1 / x) acsch (x)

Если калькулятор что-то не вычислил или вы определили ошибку, запишите ее в комментарии ниже.

Все предложения пишите в комментариях ниже.

Дифференциальное усиление — Специальная статья для обучения

Дифференциальное подкрепление — это реализация усиления только соответствующей реакции (или поведения, которое вы хотите усилить) и применения угашения ко всем остальным реакциям. Исчезновение — это прекращение подкрепления ранее подкрепленного поведения.

Основным принципом дифференцированного подкрепления является концепция различения.Дискриминация развивается через дифференцированное подкрепление, определяя, когда подкрепление получено, а когда нет. Примером дифференцированного подкрепления является поощрение ребенка за чистку зубов перед сном и отказ от поощрения, если ребенок не чистит зубы перед сном.

Дифференциальное подкрепление другого поведения (DRO) — также известное как процедуры обучения бездействию — инструментальная процедура кондиционирования, в которой положительное подкрепление периодически доставляется только в том случае, если участник делает что-то, кроме целевой реакции.

Пример: усиление любых действий рукой, кроме ковыряния в носу.

Дифференциальное подкрепление альтернативного поведения (DRA) — это подкрепление поведения, которое служит альтернативой проблемному или ненадлежащему поведению, особенно альтернативным средствам общения.

Пример: Ребенка можно научить дарить своему учителю значок PECS во время перерыва в работе вместо того, чтобы использовать истерики, чтобы избежать нежелательной активности.

Дифференциальное подкрепление несовместимого поведения (DRI) — это подкрепление поведения, несовместимого с проблемой, или несоответствующего поведения, которое ребенок не может выполнять одновременно.

Пример: Если ребенок постоянно прикасается к своим соседям во время игры, его можно поощрить подкреплением за то, что он держит руки на коленях или сидит на них.

Дифференциальное подкрепление меньших темпов поведения (DRL) — это усиление периодов времени, в течение которых ребенок демонстрирует поведение с заранее определенной меньшей скоростью.

Пример: Когда ребенок встает в классе десять раз в час, его можно подкрепить, встав только пять раз в час.

Варианты использования дифференциального армирования

При использовании DRO следует иметь в виду как минимум 3 варианта.

1. Подкрепление зависит от отсутствия целевого поведения в течение указанного периода времени. Подкрепление дается только после того, как в течение всего интервала не происходит ни одного случая целевого поведения.

Пример: Джону говорят: «Если вы не встанете со своего места во время нашего урока английского языка (40 минут), вы можете оказаться во главе очереди за обедом». Если Джон встречает это обстоятельство, не вставая со своего места, будет дано подкрепление.

2. Во многих случаях желательно разбивать сеансы на более мелкие интервалы времени. Пример: мы можем захотеть подкрепить Джона во время урока английского, а не ждать до конца урока. В этой ситуации может быть разумным обеспечить подкрепление в течение меньших интервалов времени в пределах периода.

3. Учитель может захотеть использовать DRO для выполнения указанной академической работы.

Пример: Если ученик выполняет письменное задание в классе, учитель может наклеить стикер или счастливое лицо на свой лист, только если он передается без каракулей (заранее определенное целевое поведение).

Авторские права © Special Learning Inc. Все права защищены.

Никакая часть этой статьи не может быть воспроизведена каким-либо образом без письменного разрешения, за исключением кратких цитат, содержащихся в критических статьях и обзорах.За информацией обращайтесь в Special Learning Inc. по адресу: [email protected]

% PDF-1.3 % 1 0 obj > поток конечный поток endobj 2 0 obj > endobj 6 0 obj > endobj 7 0 obj > endobj 8 0 объект > endobj 9 0 объект > endobj 10 0 obj > endobj 11 0 объект > endobj 12 0 объект > endobj 13 0 объект > endobj 14 0 объект > endobj 15 0 объект > endobj 5 0 obj > / ProcSet [/ PDF / Text] / ColorSpace> / Font> / Свойства >>> endobj 4 0 obj > поток h ޴ Vn6} Ẉ \ 47N ^ `\ EI% +; {(# I93] vVf͔ $ a4`.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.