Дифференциал представляет собой тип механического устройства, который передает вращение от одних элементов коробки передач на 2 других с изменением угловой скорости вращения основных потребителей, делая их движение независимыми.
Основа конструкции дифференциала – модель планетарного редуктора. Этот редуктор выполняют в 3 вариантах:
Дифференциал в автомобилях ВАЗ моделей 2110 и 2112 имеет коническую зубчатую передачу, которая в свою очередь состоит из следующих комплектующих:
Расположение этого неотъемлемого узла в автомобиле зависит от привода ведущих колес. Автомобили марки ВАЗ 2110 и 2112 имеют передний привод, поэтому конструкция дифференциала расположена непосредственно в коробке передач.
Главная цель этого узла сводится к приданию колесам разной скорости вращения в нужный момент времени, например при повороте машины. Рассмотрим конкретный пример:
При движении транспортного средства по прямой дороге каждое из колес имеют одинаковую скорость вращения. Однако когда машина делает поворот, внутренняя пара колес будет проходить чуть меньше расстояния, чем внешняя пара. В результате, при отсутствии у автомобиля дифференциала, внутренняя пара шин стала бы пробуксовывать. Это приведет к 2 проблемам:
— Быстрый износ шин у каждого из ведущих колес,
— Плохая управляемость на дороге во время поворота автомобиля (особенно отсутствие этого узла будет сказываться на скорости, больше 70 км/ч).
Как раз за счет конического дифференциала на ВАЗ 2110 и 2112 удается придать паре ведущих колес разные скорости вращения. При их совместной работе с главной передачей удается понизить обороты, после чего информация от коробки передач поступает на ведущие колеса.
Важно! Если вы заметили, что в дифференциале появился гул или на повороте КПП начинает стучать, обязательно проверьте состояние дифференциала самостоятельно или у специалистов в автосервисе. Вождение машины при появлении неисправностей в этом узле можно привести к полной потере управления над транспортным средством.
Узнать о неполадках в работе этого узла можно по 2 симптомам в его работе:
Причиной поломки дифференциала чаще всего является повреждение и плавный износ комплекта подшипников. Также повреждения сальника и крестовины могут привести к проблемам в работе этого элемента. Сами повреждения возникают либо при недостаточном уровне масла в системе, либо при длительной эксплуатации автомобиля.
Внимание! Для успешного ремонта и замены данного узла ВАЗ 2110 и 2112 необходимо приобрести инструкцию, схему и комплект дополнительных инструментов. Если в вашем распоряжении нет этих 2 составляющих, доверить ремонт лучше всего профессионалам в автосервисе.
Для регулировки и ремонта вам будут необходимы:
Этапы работ по регулировке и замене дифференциала на ВАЗ 2110 и 2112 следующие:
Внимание! На заводе комплект шестерен для главной передачи специалисты подбирают только попарно по характеристике пятна контакта. Именно поэтому замена ведомой шестерни должна сопровождаться и заменой ведущей.
На этом этапы замены и ремонта дифференциала заканчиваются. Останется только регулировка и проверка работы при объезде машины.
Главная передача предназначена для увеличения крутящего момента, передаваемого к ведущим колесам. Устройство ее, на первый взгляд, весьма просто — две шестерни. Одна, размером поменьше, является ведущей, вторая, побольше — ведомой. Но от конструкции главной передачи во многом зависят тягово-скоростные характеристики автомобиля и расход топлива.
Гипоидная передачаНа заднеприводных автомобилях применяется гипоидная главная передача, так как крутящий момент нужно передать на ведущие колеса под углом 90 градусов. Почему применяется более сложная в изготовлении гипоидная передача, а не простая коническая? Да потому что у конической передачи ее простота является единственным преимуществом. А недостатков больше: шумность, низкая несущая способность, высокое расположение карданного вала (а, следовательно, и трансмиссионного туннеля в кузове автомобиля). В гипоидной передаче ось ведущей шестерни смещена относительно оси ведомой на величину гипоидного смещения. Поэтому карданный вал располагается ниже, что позволяет уменьшить высоту трансмиссионного туннеля. При этом снижается центр тяжести автомобиля, тем самым улучшая его устойчивость.
Зубья шестерен выполняются косыми или криволинейными. Благодаря тому, что в гипоидной передаче одновременно находится в зацеплении больше зубьев, чем в конической, обеспечивается ее плавная и бесшумная работа, повышается нагрузочная способность. Однако, из-за более плотного прилегания зубьев увеличивается опасность заклинивания, особенно при изменении направления вращения. Поэтому гипоидные передачи требуют высокой точности регулировки и применения специального трансмиссионного масла. В масла для гипоидных передач добавляются противоизносные и противозадирные присадки.
В переднеприводных автомобилях, где нет необходимости изменять направление передаваемого момента, в главной передаче применяются простые цилиндрические шестерни. Конструктивно главная передача устанавливается в общем картере с коробкой передач. Цилиндрические передачи просты в изготовлении, недороги, опасность задиров низка. Поэтому для их смазки в большинстве случаев применяется не специальное трансмиссионное масло, а моторное.
Как влияет передаточное число главной пары на тягово-динамические характеристики? Чем оно выше, тем быстрее происходит разгон, но максимальная скорость ниже. И, наоборот, с уменьшением передаточного числа автомобиль разгоняется медленнее, но достигает большей максимальной скорости. Значение передаточного числа для конкретной модели автомобиля подбирается с учетом характеристик двигателя, размера колес, возможностей тормозной системы.
Для тех, кто не изучал английский 🙂 STRAIGHT — ПРЯМО same speed — одинаковая скорость pinion gears rotate with case — сателлиты вращаются вместе с корпусом TURN — ПОВОРОТ fast — быстро, slow — медленно outer wheel faster — внешнее колесо быстрее inner wheel slower — внутреннее колесо медленнее
pinion gears rotate on pinion shaft — сателлиты вращаются на своих осях
Дифференциал — это механизм, позволяющий (при необходимости) ведущим колесам автомобиля вращаться с разными скоростями. Для чего это нужно? При движении по прямой колеса проходят одинаковый путь, в повороте же внешнее колесо проходит путь больший, чем внутреннее колесо. Поэтому, чтобы «успеть» за автомобилем, внешнее колесо должно вращаться быстрее.
Устройство дифференциала несложное — корпус, ось сателлитов и два сателлита (шестерни). Корпус крепится к ведомой шестерне главной пары и вращается вместе с ней. Сателлиты входят в зацепление с шестернями полуосей, которые непосредственно вращают колеса.
В такой конструкции сателлиты передают больший крутящий момент на ту полуось, которая оказывает меньшее сопротивление вращению. То есть, с большей скоростью будет вращаться колесо, которое дифференциалу легче раскрутить. При движение по прямой колеса нагружены одинаково, дифференциал делит крутящий момент поровну, сателлиты не вращаются вокруг своей оси. В повороте внутреннее колесо нагружено больше, внешнее — разгружается. Поэтому сателлиты начинают вращаться вокруг оси, подкручивая менее нагруженное колесо, увеличивая тем самым скорость его вращения.
Но такая особенность дифференциала иногда приводит к весьма неприятным последствиям. Если, например, одно из колес попадет на скользкую поверхность, дифференциал будет вращать только его, полностью игнорируя колесо, имеющее нормальный контакт с дорогой. То есть, автомобиль будет «буксовать».
Для борьбы с этим явлением применяются блокировки дифференциала. Способов блокировок придумано множество — от простых механических до изощренных электронных.
Дифференциал с полной блокировкой
Применяется во внедорожниках. В такой конструкции валы полуосей жестко соединяются между собой, вращаясь, таким образом, с равными скоростями. Блокировка включается водителем вручную перед преодолением труднопроходимого участка, после чего ее необходимо выключать во избежание перегрузок трансмиссии, повышенного износа шин и снижения управляемости автомобиля. При движении в обычных дорожных условиях полную блокировку применять, естественно, нельзя.
Дифференциал с частичной блокировкой
В таких дифференциалах блокировка включается автоматически, поэтому их еще называют самоблокирующимися. При этом усилие блокировки нарастает постепенно, пропорционально разнице в скорости вращения или величине крутящего момента. По конструкции самоблокирующиеся дифференциалы можно разделить на четыре вида: вязкостные, дисковые, винтовые, электронноуправляемые.
ВискомуфтаВискомуфта (вязкостная муфта) представляет собой герметичный корпус, в котором размещены два пакета фрикционов. Пространство внутри корпуса заполнено силиконовой жидкостью, вязкость которой зависит от температуры. Один пакет фрикционов соединяется с корпусом дифференциала, второй — с одной из полуосей. В обычных условиях, когда полуоси вращаются с одинаковой скоростью, или с небольшой разницей, вискомуфта себя никак не проявляет. При пробуксовке одного из колес скорость вращения полуоси резко возрастает, жидкость при этом интенсивно нагревается, а ее вязкость повышается. В результате пакеты фрикционов «слипаются» — скорости валов выравниваются. При остывании вязкость снижается — валы снова вращаются независимо. Вискомуфта способна обеспечить лишь небольшой коэффициент блокировки, при длительной пробуксовке перегревается, срабатывает с запаздываниями (пока нагреется жидкость). Поэтому область ее применения — обычные городские автомобили, для преодоления бездорожья она не подходит.
Дифференциал с дисковой блокировкойДисковые дифференциалы — это обычные дифференциалы, в которые дополнительно встраиваются один или два пакета фрикционов и распорная пружина, создающая преднатяг (сжатие пакетов). В пакете фрикционов часть дисков крепится к полуоси, вторая — к корпусу дифференциала. Когда колеса вращаются с одинаковыми скоростями, диски в пакете вращаются как одно целое. При разнице в скорости вращения между ними возникают силы трения, стремящиеся выровнять скорости. Таким образом осуществляется частичная блокировка дифференциала. Очевидны недостатки дисковой блокировки — постоянный, пусть даже и небольшой, момент трения, создаваемый преднатягом, ухудшает управляемость, быстрее изнашиваются шины, увеличивается расход топлива. Да и срок службы фрикционов сравнительно небольшой. По мере их износа снижается и степень блокировки, а после полного износа дифференциал работает уже как свободный. Отсюда вывод — чем чаще «буксуешь», тем быстрее «умирает» дифференциал. Дисковые дифференциалы требуют применения специального трансмиссионного масла.
Усилием преднатяга определяется степень блокировки и минимальный крутящий момент, передаваемый на колесо в любых дорожных условиях. Регулируя степень преднатяга подбирают нужный компромисс между проходимостью и управляемостью. Дисковые дифференциалы с малым преднатягом используются на обычных, дорожных автомобилях, с большим — на спортивных.
Более «продвинутой» версией дискового дифференциал является героторный дифференциал. В нем шестеренчатый масляный насос приводит в действие поршень, который сжимает пакет фрикционов. А производительность насоса зависит от разницы в скорости вращения полуосей. Чем больше эта разница — тем сильнее усилие сжатия, а, соответственно, и степень блокировки.
Дифференциалы Торсен и КвайфЧервячные дифференциалы — используют для блокировки свойства червячных передач. Самыми распространенными являются дифференциалы Торсен и Квайф. Червячная передача состоит из червяка и червячного колеса. Червяк (сателлит) является ведущим звеном, колесо (шестерня полуоси) — ведомым. КПД передачи при прямом вращении намного больше, чем при обратном, и зависит от угла наклона витков червяка. Говоря проще, червяк легко вращает колесо, колесо же с трудом вращает червяк. При определенном угле витка червяка обратная передача становится вообще невозможной — то есть, колесо не сможет вращать червяк (происходит самоторможение). Таким образом, подбирая угол наклона витков червяка, регулируют степень блокировки дифференциала Торсен. Блокирующие свойства Торсена зависят также и от величины передаваемого крутящего момента. Существует три типа дифференциала Торсен. Типы Т1 и Т2 отличаются формой сателлитов и используются в качестве межколесных. Торсен Т3 используется в полноприводных автомобилях в качестве межосевого дифференциала.
В дифференциале «Квайф» сателлиты не посажены на оси, а свободно расположены в гнездах корпуса. При возникновении разницы в скорости вращения полуосей сателлиты, блокируясь, сдвигаются в гнездах и прижимаются к корпусу. Возникающая при этом сила трения пропорциональна разнице скоростей вращения. Степень блокировки регулируют, подбирая сателлиты с различным углом наклона витков.
Червячные дифференциалы по сравнению с дисковыми отличаются большей надежностью и коэффициентом блокировки, меньше боятся пробуксовки (но длительные и частые пробуксовки все равно не рекомендуются). Однако такие дифференциалы, в отличие от дисковых и вискомуфты, совершенно беспомощны против диагонального вывешивания.
Электронно управляемые дифференциалы. Электроника, активно внедряемая во все узлы и системы автомобиля, не обошла стороной и дифференциал. Типовая конструкция электронно управляемого дифференциала напоминает устройство обычного дискового дифференциала, но сжатие фрикционов осуществляется гидро- либо электроприводом по команде блока управления. Таким образом можно регулировать степень блокировки в самых широких пределах — от 0 до 100%. Все зависит от заложенной в блок программы.
Казалось бы, идеал достигнут! Но, нет пытливые японцы пошли дальше и сконструировали активный дифференциал — самый совершенный на данный момент. Обычный электронно управляемый дифференциал при пробуксовке только выравнивает скорости вращения полуосей. Активный же дифференциал может вращать полуоси с разными скоростями, в зависимости от дорожной ситуации. Например, в повороте добавить момент на внешнее разгруженное колесо, помогая автомобилю «довернуться».
Что такой дифференциал представляет собой конструктивно? Обычный свободный дифференциал дополнен двумя передачами — повышающей и понижающей. Включает передачи при помощи мокрых сцеплений блок управления. Величина передаваемого крутящего момента регулируется степенью сжатия сцеплений. Таким образом автомобиль с активным дифференциалом может и мастерски проходить крутые виражи, и на бездорожье не спасует. Другой вопрос, стоит ли овчинка выделки: цена дифференциала немаленькая. Поэтому и ограничивается его применение только мощными спортивными автомобилями.
Имитация блокировок. В последнее время большое распространение получили электронные системы, которые при возникновении пробуксовки подтормаживают буксующее колесо с помощью штатной тормозной системы, имитируя блокировку дифференциала. Для обычного городского автомобиля, не выезжающего на бездорожье — самое практичное решение. И на скользкой дороге поможет, и даже диагонального вывешивания не боится.
Преимущества и недостатки. Автомобиль с самоблокирующимся дифференциалом увеличивает тягу на колесах, тем самым повышая проходимость на бездорожье и на скользкой дороге (еще бы, а ради чего тогда было огород городить?). Также улучшается динамика разгона. Широко используются такие дифференциалы на мощных спортивных автомобилях и в тюнинге для более полной реализации мощности, прохождения поворотов в скольжении.
Но то, что хорошо для спортивного автомобиля, не всегда благо для обычного. Ведь самоблокирующийся дифференциал, повышая проходимость, ухудшает управляемость. Например, при разгоне на скользкой дороге автомобиль сложнее удержать на прямой. Если блокировки нет, автомобиль, проскальзывая, просто теряет ускорение. Если же срабатывает блокировка, не буксующее колесо (или колеса) продолжают толкать автомобиль вперед, тем самым уводя его с прямолинейной траектории.
Блокировки, установленные на передней оси, увеличивают недостаточную поворачиваемость (траектория в повороте стремится распрямиться), установленные в задней оси — повышают избыточную поворачиваемость (в повороте увеличивается склонность к заносу).
Самоблокирующиеся дифференциалы еще называют дифференциалами повышенного трения. А повышенное трение приводит к увеличенному расходу топлива, снижению срока службы шин и деталей трансмиссии.
Изобретение относится к машиностроению, в частности к машинам для посева семян сельскохозяйственных культур.
Известен механизм передач для изменения норм высева, содержащий корпус, ведущий и ведомый валы, неподвижный в своем вращении блок шестерен, кулису с корпусом и двумя зубчатыми колесами, установленный с возможностью осевого перемещения дополнительный вал с закрепленным на его конце рычагом управления, механизм фиксации рычага и т.д. /1/.
Недостатком данного изобретения является невозможность переключения передач на ходу в автоматическом режиме и получения большого количества передаточных чисел.
Наиболее близким техническим решением из известных является многоступенчатая автоматическая коробка перемены передач на основе ступенчатого планетарного блока, включающая входной вал, на котором установлен планетарный редуктор, на кольцевые зубчатые колеса которого установлены одноходовые муфты, тормозные ленты, ведущие зубчатые колеса, фрикционные муфты включения передач хода вперед, планетарный редуктор передачи заднего хода, выходной вал, на котором через одноходовые муфты установлены ведомые зубчатые колеса передач хода вперед и ведомое зубчатое колесо передачи заднего хода, фрикционные муфты включения режима торможения двигателем и гидравлическую систему управления, планетарный редуктор выполнен в виде ступенчатого планетарного блока и имеет несколько солнечных зубчатых колес, жестко связанных с входным валом и объединенных в блок, по которым вращаются несколько комплектов сателлитов, установленных на общем блоке водил, кольцевые зубчатые колеса установлены с возможностью свободного вращения на входном валу, ведущие зубчатые колеса расположены с обоих концов блока водил по два, два из которых связаны с блоком водил жестко, а два связаны с блоком водил через фрикционные муфты включения передач хода вперед, включающиеся гидравлически и оснащенные фиксаторами, и находятся в зацеплении с соответствующими ведомыми зубчатыми колесами передач хода вперед выходного вала, одно из которых установлено на выходной вал на ступице свободно и сообщается с валом через фрикционную муфту, на внешних кольцах одноходовых муфт, установленных на кольцевых зубчатых колесах, и ведущей части фрикционных муфт установлены постоянные магниты и выполнены прорези для фиксатора, а в корпусе планетарного редуктора и ведомой части фрикционных муфт установлены датчики скорости вращения и фиксаторы, причем жесткая фиксация внешнего кольца одноходовой муфты производится с помощью фиксатора, управляемого блоком управления по параметрам датчика скорости, передающимся в блок управления /2/.
Недостатками данного изобретения являются большие габаритные размеры и металлоемкость, отсутствие возможности получения большого количества передаточных чисел.
Задачей настоящего изобретения является перемена передаточных чисел в движении без разрыва потока мощности, уменьшение металлоемкости и габаритов конструкции при увеличении количества передаточных чисел.
Поставленная задача достигается тем, что в дифференциальной коробке передач, содержащей корпус, входной вал, комплекты сателлитов, установленные на блоке водил, и выходной вал, блок водил выполнен в виде вала с жестко закрепленными на нем водилами, между соседними водилами установлены, с возможностью вращения относительно вала блока водил и фиксации относительно корпуса, средние шестерни, венцы сателлитов, установленных на блоке водил, находятся в постоянном зацеплении с венцами средних шестерен и с венцами входной и выходной шестерни, причем входной вал и выходная шестерня, а также выходной вал и выходная шестерня жестко связаны между собой.
На чертеже изображена схема дифференциальной коробки передач (вид сбоку).
Дифференциальная коробка передач состоит из корпуса 1, на котором закреплены входной вал 2 с входной шестерней 3 и выходной вал 4 с выходной шестерней 5, венцы входной и выходной шестерен находятся в постоянном зацеплении с венцами сателлитов 6, установленных на блоке водил 7. Блок водил выполнен в виде вала 8 и с жестко закрепленными на нем водилами 9, между соседними водилами 9 установлены, с возможностью вращения относительно вала 8, средние шестерни 10, и венцы средних шестерен 10 находятся в постоянном зацеплении с венцами сателлитов 6, установленных на блоке водил 7, также есть возможность фиксации средних шестерен 10 относительно корпуса 1.
Дифференциальная коробка передач работает следующим образом.
Крутящий момент поступает через входной вал 2 и входную шестерню 3 на сателлиты 6, установленные на первом водиле 9 блока водил 7, после этого крутящий момент передается на среднюю шестерню 10, если она в этот момент зафиксирована относительно корпуса 1, то сателлиты 6 обкатывают ее и передают крутящий момент на вал 8, заставляя вращаться весь блок водил 7, вследствие чего сателлиты 6, находящиеся в зацеплении с зафиксированной относительно корпуса средней шестерней 10 с ближней к выходной шестерне 5 стороны, также начинают обкатывать зафиксированную среднюю шестерню 10, передавая крутящий момент через незафиксированные средние шестерни 10 и сателлиты 6, установленные на блоке водил 7, к выходной шестерне 5 и на выходной вал 4.
Перемена передаточного отношения данной коробки передач осуществляется путем фиксации относительно корпуса 1 различных средних шестерен 10, чтобы обеспечить неразрывность потока мощности фиксация, и отпускание средних шестерен 10 должно производиться с небольшим наложением. Также есть возможность использования комбинаций фиксации средних шестерен 10, что позволяет уменьшить металлоемкость и габариты конструкции, так как при одном количестве звеньев механизма есть возможность создавать большее количество передаточных чисел. Исключение состоит в невозможности остановки двух соседних средних шестерни 10, из-за того что сателлиты 6, находящиеся между ними, заблокируются, и коробку передач заклинит.
Источники литературы
1. Авторское свидетельство СССР №1702913 А1, опубл. 07.01.92.
2. Патент РФ №2348542, МПК8 B60K 17/08, F16Н 3/44, опубл. 2009.03.10 - прототип.
Дифференциальная коробка передач, содержащая корпус, входной вал, комплекты сателлитов, установленные на блоке водил, и выходной вал, отличающаяся тем, что блок водил выполнен в виде вала с жестко закрепленными на нем водилами, между соседними водилами установлены с возможностью вращения относительно вала блока водил и фиксации относительно корпуса средние шестерни; венцы сателлитов, установленных на блоке водил, находятся в постоянном зацеплении с венцами средних шестерен и с венцами входной и выходной шестерен, причем входной вал и входная шестерня, а также выходной вал и выходная шестерня жестко связаны между собой соответственно.
"Питер - АТ"
ИНН 780703320484
ОГРНИП 313784720500453