Дифференциал автомобиля – что это, как устроен и для чего нужен

Необходимость плавной регулировки частоты вращения ведущих колес возникает при прохождении поворота или использовании колес с разной размерностью либо падении давления воздуха в одной из шин. При отсутствии дифференциала и жесткой связи в трансмиссии возникают паразитные нагрузки. В результате начинается пробуксовка одного из колес с риском начала заноса или ускоренного износа резины. Паразитная нагрузка увеличивается в случае движения по дуге малого радиуса или наращивания коэффициента сцепления колес с дорогой. Дифференциал разрывает жесткую связь и убирает негативное явление паразитной нагрузки или циркуляции мощности. Подобный дифференциал устанавливается в ведущей оси каждого автомобиля.

Помимо описанного выше межколесного дифференциала существуют:

В основе дифференциала лежит планетарный редуктор, позволяющий реализовать функцию механизма (никакой другой редуктор не позволит регулировать частоту вращения выходных валов с разной частотой вращения). Планетарная передача отличается компактностью и позволяет разложить один поток мощности на две линии или объединить два входящих потока в одну линию без постороннего вмешательства. Введение системы управления или блокировки расширяет диапазон применения дифференциала.

Классический автомобильный дифференциал построен на базе планетарной передачи с 4 шестернями. Ведущим звеном, на которое поступает крутящий момент, является корпус, связанный со вторичным валом коробки главной парой. Две шестерни планетарной передачи служат сателлитами, расположенными на единой оси. Снятие крутящего момента на ведущие колеса осуществляется от оставшихся двух шестерен планетарной передачи.

Стандартный дифференциал работает в нормальном режиме при условии постоянного контакта колес с дорогой. В случае проскальзывания на льду или грязи либо вывешивания, остающееся в зацеплении с грунтом колесо становится неподвижным, вращение передается только на проскальзывающее колесо. Подобный эффект известен каждому водителю и наблюдается при буксовании в снегу или на песке.

На ряде современных автомобилей используются дифференциалы с самоблокировкой с поддержкой функции распределения момента. На машинах марки Audi дифференциал отслеживает траекторию движения, при снижении вертикальной нагрузки на колесо система автоматически задействует тормоз, заранее предотвращая проскальзывание. В Audi ставится дифференциал с несколько иной конструкцией – на выходных валах установлены торцовые шестерни, с которыми взаимодействуют четыре цилиндрических сателлита планетарного редуктора. Торцовые шестерни дополнены многодисковыми фрикционами для блокировки.

Отдельно стоит рассмотреть дифференциалы с принудительной ручной блокировкой, используемые на внедорожной колесной технике. Водитель включает блокировку на стоящей машине перед преодолением сложного участка дороги рычагом или иным способом. После выезда на твердое покрытие блокировка снимается во избежание возникновения паразитных нагрузок. На ряде машин блокировка отключается автоматически после разгона до определенной скорости.

Внедрение электроники на автомобилях позволило внедрить дифференциалы с электронным управлением и расширить возможности механизма. Классический пример – противопробуксовочная система, которая предотвращает проскальзывание колеса за счет зажатия рабочего тормозного механизма. В результате улучшается динамика разгона, что особенно важно на спортивных автомобилях.

По похожей схеме работает электронная имитация блокировки. При поджатии тормоза буксующего колеса происходит перераспределение крутящего момента – усилие торможения приводит к повышению тяги на колесе, имеющем сцепление с дорогой. В результате машина может выбраться из грязи или снега без посторонней помощи. Активация блокировки происходит при резком нажатии на педаль газа до упора.

Имитация не является полноценной заменой механической блокировке, фактически соединяющей полуоси в единую цепь. Электронная блокировка используется на легковых машинах и кроссоверах, но бесполезна в условиях среднего и тяжелого бездорожья. При работе системы наблюдается потеря части мощности на преодоление усилия тормозного механизма, что критично при движении в сложных условиях. При этом на части внедорожников может устанавливаться комбинированная блокировка – электронная и механическая.

Межколесный дифференциал является стандартным механизмом, устанавливаемым на колесной или гусеничной технике. Основным назначением узла является изменение частоты вращения выходных валов, с внедрением электроники появляется возможность реализации противопробуксовочной системы.