Дифференциал коробки передач

Шестерни

Из каких еще элементов состоит раздатка? УАЗ (“буханка”), устройство раздатки которой описано в статье, оснащается шестеренками с прямым зубом. Ведущая имеет возможность двигаться по шлицам на вторичном валу КПП. На этой шестерне имеется два венца. Один представляет собой шлицы эвольвентного типа. Они служат для подключения прямой передачи посредством внутреннего венца приводного вала заднего ведущего моста. Когда водитель включает пониженную передачу, эта шестеренка войдет в зацепление с той, что есть на промежуточном валу.

Чем еще особенна эта раздатка? УАЗ, устройство раздатки которой мы сейчас рассматриваем, укомплектовывается шестерней для включения переднего моста автомобиля. Она посажена таким образом, что может двигаться на шлицах, находящихся на промежуточном валу. Когда передний мост отключен, шестерня с валом разъединена. При этом она находится в зацеплении с приводным валом заднего моста. Эта особенность значительно облегчает переключение шестеренок и способствует более качественной смазке. Когда промежуточный вал вращается, шестеренка разбрызгивает масло на все узлы.

Работа дифференциала

Не смотря на то, что принцип, лежащей в основе любого из рассматриваемых нами узлов – как заднего дифференциала, так и дифференциала моста, остается неизменным, их работа напрямую зависит от условий эксплуатации. 

Рассмотрим особенности выполнения деталью возложенных на нее функций на примере симметричного конического межколесного дифференциала. 

При прямолинейном движении

В процессе движения прямо по дорожному полотну хорошего качества нагрузка между колесами распределяется равномерно, а их угловая скорость одинакова. Сателлиты, установленные в корпусе, вокруг собственных осей не вращаются, крутящий момент ими передается на полуоси от ведомой шестерни посредством зубчатого зацепления, которое является неподвижным. 

При повороте

Когда автомобиль входит в поворот, распределение нагрузки и сил сопротивления происходит следующим образом:

  • Внутреннее колесо, радиус которого по отношению к центру поворота меньше, подвергается большему сопротивлению. Из-за повышающейся нагрузки оно вынуждено вращаться с меньшей скоростью.
  • Траектория наружного колеса оказывается больше, поэтому ему приходится увеличить скорость вращения – это необходимо для плавного, без пробуксовки, поворота авто. 

Выходит, что угловые скорости наружных и внутренних колес разные, а вследствие замедления вращения полуосей внутренних колес начинают двигаться сателлиты, которые приводят к повышению скорости вращения наружных колес. Как уже говорилось выше, крутящий момент при этом остается без изменений.

В случае пробуксовки

Нагрузка на колеса машины, которая едет по скользкой дороге или по бездорожью, неодинакова. Одно в таких условиях может пробуксовывать, утрачивая сцепление с покрытием, а на второе при этом приходится более внушительная нагрузка, поэтому оно начинает вращаться медленнее. 

Как результат – транспортное средство прекратит движение. Чтобы избежать описанной ситуации, внедряются разные конструктивные решения, такие как блокировка дифференциала (ручная либо автоматическая), а также использование системы курсовой устойчивости.

Назначение узлов раздаточной коробки

Межосевой дифференциал

Данный узел позволяет распределить межосевой крутящий момент и дает приводным валам вращаться на разных угловых скоростях

Это особенно важно при движении в поворотах, поскольку колеса проходят разное расстояние и, следовательно, должны вращаться с разной скоростью. Если раздаточная коробка не оснащена таким узлом, обеспечить колесам возможность вращаться с разными скоростями можно только путем отключения одной оси. Межосевые дифференциалы бывают симметричными и несимметричными

Первый работает таким образом, что крутящий момент раздается поровну на обе оси, второй делит его в определенной пропорции


Межосевые дифференциалы бывают симметричными и несимметричными. Первый работает таким образом, что крутящий момент раздается поровну на обе оси, второй делит его в определенной пропорции.

Статья в тему: Как выставить зажигание без стробоскопа неоновой лампой

Механизм блокировки межосевого дифференциала

Чтобы автомобиль мог полноценно реализовать свои внедорожные возможности, межосевой дифференциал оснащают блокирующим механизмом, назначение которого в том, чтобы принудительно заставить колеса обеих осей вращаться с одинаковой скоростью. Блокирование может происходить либо принудительно, либо вручную, в зависимости от типа механизма. В настоящее время используются следующие виды блокировок:

  • дифференциал самоблокирующийсяTorsen;
  • фрикционная многодисковая муфта;
  • вязкостная муфта (вискомуфта).

Первыми двумя механизмами оснащается раздаточная коробка кроссоверов в силу недостатков, описанных ниже.

Вискомуфта

Это наиболее простое устройство, позволяющее автоматически заблокировать межосевой дифференциал. Принцип ее работы следующий: внутри нее находятся перфорированные диски, погруженные в силиконовую жидкость, часть дисков соединена с корпусом, а остальные со ступицей; во время пробуксовки колес одной из осей одни диски начинают вращаться быстрее других, силиконовая жидкость разогревается и густеет, как бы склеивая ступицу с корпусом.


Основное достоинство такой системы – низкая стоимость. Недостатков гораздо больше: срабатывание происходит с запозданием, в результате чего автомобиль может успеть зарыться буксующими колесами; блокировка дифференциала не полная; от продолжительной работы происходит перегрев; данный узел несовместим с системой ABS.

Самоблокирующийся дифференциал Torsen

Это конструкция, состоящая из набора червячных шестерен – ведущих и ведомых. Принцип работы данного устройства следующий: пока все колеса хорошо «держат» дорогу, дифференциал раздает крутящий момент осям поровну. Как только одна из осей пробуксовывает, момент, благодаря силам трения в червячной передаче, перебрасывается на другую ось, соотношение усилий может доходить до 20:80. Основной минус такого решения – ограничения по прочности конструкции. По этой причине Torsen не устанавливается на внедорожниках, его удел – кроссоверы.

Многодисковая фрикционная муфта

Это набор фрикционных дисков, имеющих контролируемую степень сжатия. Такая муфта позволяет распределять между осями крутящий момент в зависимости от условий местности. В обычных условиях момент делится поровну. Во время пробуксовки одной из осей диски муфты сжимаются, дифференциал полностью или частично блокируется. Для обеспечения работы муфта может оснащаться электрическим или гидравлическим приводом и электронной системой управления. Еще межосевой дифференциал можно заблокировать вручную посредством механического, пневматического, гидравлического или электрического привода. Многие автомобили имеют возможность блокировки дифференциала, как в автоматическом, так и в ручном режиме.

Статья в тему: Рекомендации и советы по установке сигнализации на автомобиль

Назначение данного узла заключается в передаче крутящего момента приводному валу передней оси автомобиля для обеспечения работы полного привода. Она состоит из пары зубчатых колес (ведущее и ведомое) и приводной цепи. Помимо передачи цепной, в раздаточной коробке может применяться зубчатая, состоящая из цилиндрических шестерен.

Типы устройств блокировки

Блокирующее устройство узла зависит от его типа и используемого механизма. Различные функции ограничены и определяют возможность их использования в межосевых или межколесных дифференциалах.

Кулачковое устройство блокировки

Принудительная блокировка происходит вручную через кулачковую муфту. Муфта полностью блокирует механизм и жестко соединяет его корпус с нагруженной полуосью. Кулачковый дифференциал приводится в действие приводами следующих типов:

  • механический;
  • гидравлический;
  • пневматический;
  • электрический.

Они включаются рычажным механизмом или специальной кнопкой на панели приборов (для электропривода).

Благодаря своей универсальности кулачковый дифференциал используется в межосевых и межколесных механизмах.

Самоблокирующейся дифференциал

Самоблокирующееся (автоматическое) дифференциальное устройство использует принцип увеличения сил трения при изменении условий нагрузки на полуоси ведущих колес. Отсюда и другое название — «дифференциал повышенного трения» или LSD (Limited Slip Differential).

Дифференциал повышенного трения имеет четыре основных варианта в зависимости от способа увеличения трения:

  • дисковый;
  • червячный;
  • вискомуфта;
  • электронная блокировка.

Дисковый

Дифференциал повышенного трения, в котором используется дисковая муфта, использует принцип автоматической блокировки при изменении угловых скоростей полуосей: чем больше их разница, тем выше степень перераспределения крутящего момента.

При использовании этого типа LSD между дисками возникает трение. Один фрикционный пакет имеет жесткое соединение с чашкой дифференциала, другие — с полуосями.

Фрикционные пакеты вращаются с одинаковой скоростью, когда ведущие колеса вращаются тоже, с одной и той же скоростью. При изменении угловой скорости диски ускоряющейся полуоси передают часть крутящего момента на вал другой полуоси (частичная блокировка) за счет увеличения силы трения с фрикционным пакетом корпуса (чашкой).

Степень сжатия в дисковом дифференциале может быть постоянной (за счет пружин) или переменной (гидравлически управляемой).

Червячный

Сателлиты и полуоси с червячной передачей в качестве привода часто используются для создания LSD, блокируемого в результате разности крутящих моментов.

Эта система LSD с червячным приводом известна как Torque Sensing или сокращенно — Torsen. Принцип работы червячной передачи чрезвычайно прост: увеличение крутящего момента на одной полуоси приводит к частичной блокировке и его передаче на другую полуось. В этом случае не требуются никакие дополнительные системы или агрегатов, червячный узел изначально является самоблокирующимся из-за свойств привода, в котором другие шестерни не могут приводить в движение червячную передачу. Червячный привод применяется в колесных и межосевых дифференциалах различных типов машин.

Вискомуфта

Вязкостная муфта состоит из набора близко расположенных перфорированных дисков, которые размещены в герметичном корпусе с силиконовой жидкостью и соединены с чашкой и приводным валом.

При одинаковых угловых скоростях устройство работает в штатном режиме. Его блокировка происходит при увеличении скорости вала: диски на нем увеличивают скорость и, перемешивая силикон и заставляют его затвердеть. Диски чашки получают и передают крутящий момент на другой вал, увеличивая его тяговое усилие.

LSD, блокирующую функцию которого выполняет вязкостная муфта, имеет большие габаритные размеры и применяется в межосевых дифференциалах. Вязкостная муфта также может использоваться как дифференциал полноприводного автомобиля и полностью выполняет его функции.

Однако у нее есть один серьезный недостаток: возможен перегрев и периодическая несовместимость с системой ABS. Это привело к тому, что вискомуфты используются в современных автомобилях крайне редко.

Электронная блокировка

Дифференциал повышенного трения, в котором используется электронная система блокировки, реагирует на изменение угловой скорости ведущих колес.

Дифференциал управляется программно. По мере увеличения скорости колеса в тормозной системе повышается давление, и его скорость уменьшается. Это увеличивает тяговое усилие и передает крутящий момент на другое колесо.

Таким образом, дифференциал не оборудован дополнительными элементами и не блокируется, то есть по сути это не LSD. Перераспределение крутящего момента и выравнивание угловых скоростей происходит под действием тормозной системы, управляемой антипробуксовочной системой.

Устройство дифференциала и принцип работы

Начнем с первого типа. Конический дифференциал зачастую выполнят функцию межколесного дифференциала. Цилиндрический дифференциал обычно встречается на полном приводе и ставится между осями. Червячный дифференциал универсален, что позволяет ставить механизм как между колесами, так и использовать в качестве межосевого.

При этом наиболее распространенным является конический дифференциал, а базовые элементы его конструкции активно используются и в устройстве других типов дифференциалов. По этой причине рассмотрим устройство и принцип работы конического дифференциала в качестве примера.

Итак, конический дифференциал, как уже было сказано выше, фактически является планетарным редуктором. В конструкцию включены полуосевые шестерни и сателлиты, которые находятся в корпусе (чашке дифференциала).

Сами сателлиты, которые реализуют функцию планетарной шестерни, позволяют соединить корпус и полуосевые шестерни. С учетом того, какую величину крутящего момента нужно передать, в конструкцию дифференциала могут интегрировать 2 или 4 четыре сателлита.

Солнечные (полуосевые шестерни) осуществляют передачу крутящего момента на ведущие колеса автомобиля. Передача происходит через полуоси, соединение полуосевых шестерен и полуосей выполнено через шлицы.

В первом случае симметричный дифференциал позволяет распределять крутящий момент по осям в равной степени, причем независимо от величины угловых скоростей ведущих колес.

Такой дифференциал используют для установки между колесами (симметричный межколесный дифференциал). Несимметричный дифференциал способен разделять крутящий момент в том или ином соотношении. Данная особенность позволяет использовать его между ведущими осями.

Теперь перейдем к принципам работы дифференциала. Прежде всего, симметричный дифференциал работает в трех основных режимах. Первый режим – движение по прямой, второй — движение в повороте, третий — езда по дорогое с плохим сцеплением (грязь, лед и т.д.).

Когда автомобиль движется прямо, колеса испытывают равнозначное сопротивление. Происходит передача крутящего момента от главной передачи на корпус дифференциала. Вместе с корпусом перемещаются сателлиты, которые, в свою очередь, осуществляют передачу момента на ведущие колеса.

Однако если машина заходит в поворот, колесо, которое находится ближе к центру (внутреннее ведущее) нагружается сильнее и начинает испытывать большее сопротивление сравнительно с наружным колесом (дальним от центра поворота).

В результате роста нагрузки внутренняя полуосевая шестерня несколько замедляет вращение, а это приводит к тому, что сателлиты начинают вращаться вокруг своей оси. Такое вращение сателлитов приводит к увеличению частоты вращения наружной полуосевой шестерни.

На практике возможность движения ведущих колес с разными угловыми скоростями делает возможным прохода поворота без пробуксовок. Кстати, крутящий момент все равно распределяется на ведущие колеса равнозначно.

Если же автомобиль забуксовал в грязи, в снегу или на льду, одно колесо испытывает большее сопротивление, чем другое. В этом случае дифференциал (благодаря своей конструкции) инициирует ускоренное вращение буксующего колеса, тогда как другое колесо замедляется.

Выходом из ситуации становится необходимость увеличения крутящего момента на колесе, которое не буксует. Для этого дифференциал необходимо заблокировать. По этой причине внедорожники имеют дополнительную возможность блокировки дифференциала, тогда как легковые авто и даже некоторые современные бюджетные «паркетники» лишены такой функции.

Устройство и принцип работы механической коробки передач. Виды механических коробок (двухвальная, трехвальная), особенности, отличия

Автоматическая коробка передач (АКПП, АКП) «классического» типа с гидротрансформатором: устройство и принцип работы. Плюсы и минусы гидромеханической АКПП.

Передачи включаются туго или не включаются скорости на механической коробке передач: основные причины неисправности и возможные неполадки.

Коробка передач «механика»: основные плюсы и минусы данного типа КПП, принцип работы механической трансмиссии автомобиля (МКПП).

Стыковка коробки передач и двигателя автомобиля

Соединение механической и автоматической трансмиссии с ДВС: на что обратить внимание, особенности и нюансы

Что такое КПП в автомобиле: назначение коробки передач, виды коробок передач, принцип работы, отличительные особенности трансмиссий.

Применение планетарных МКП

В автомобильном транспорте МКП с ручным (а точнее, с ножным) управлением вышли из употребления еще в 1928 году – с прекращением выпуска легендарного автомобиля марки Ford T. В этой машине применялась планетарная механическая двухступенчатая коробка передач. При этом переключение передач производилось педалями, которые включали ленточные тормоза коробки. Первая передача включалась нажатием на правую педаль, вторая – на среднюю и задний ход – на левую педаль (всего было три педали, вместо педали “газа” использовался подрулевой рычаг).
В 30-е и последующие годы МКП была вытеснена полуавтоматическими и автоматическими планетарными КП. В полуавтоматах вместо сцепления использовались гидромуфты, в автоматах – гидротрансформаторы.

Планетарный редуктор

Сегодня планетарные МКП широко используются в гусеничной технике, в том числе и военной – в танках, тягачах, транспортерах. В авиационных турбинах, в металлорежущих станках – в качестве редукторов.

Очень популярны планетарные механический коробки передач, встроенные в заднюю втулку велосипедного колеса. Эти коробки легки, долговечны, эффективны и просты в эксплуатации, поскольку не требуют какого-либо обслуживания. В то же время они повышают стоимость велосипедов и не применяются в спортивных моделях – из-за большой массы (порядка 1,5-2 кг) и меньшей ремонтопригодности по сравнению с открытыми устройствами перевода цепи параллелограммного типа.

Устройство и разновидности раздатки

Для примера рассмотрим устройство самой простой раздатки – шестеренчатого типа. Такие агрегаты уже несколько вытеснились иными типами, но при этом считаются одними из самых надежных и «настоящих» раздаточных коробок. Состоит шестеренчатая раздаточная коробка из 4-х валов, размещенных в корпусе – ведущего, ведомого, промежуточного вала и привода второго моста. На всех валах расположены шестерни, взаимодействующие между собой.

Ведущий и ведомый валы установлены на одной оси и имеют постоянное зацепление между собой. Это дает постоянную передачу вращения на один из мостов, то есть одна ведущая ось на автомобиле работает все время.

Промежуточный вал в раздатке посредством своих шестерен, зацепленных одновременно с шестеренками ведущего вала и привода второго моста, обеспечивает передачу крутящего момента на последний, поэтому вторая ось тоже получает вращение и является ведущей.

Принцип работы такого редуктора очень прост – ведущий вал получает вращение от коробки передач, сразу отдает его на ведомый вал и через промежуточный передает крутящий момент на вал привода второго моста. Но эксплуатация машины с таким типом раздатки и постоянной подачей вращения на оба моста затруднительна, поскольку из-за жесткого соединения валов управляемость авто падает, и возникает сильная нагрузка на элементы трансмиссии.

Конструкторы решают эту проблему двумя путями – установкой дифференциала (межосевого) и оснащением узла механизмом отключения одного ведущего моста.

Дифференциал в конструкции раздатки выполняет ту же роль, что и в главной передаче – возможность вращаться валам с разными угловыми скоростями. Его наличие снижает проходимость авто из-за возможного переброса всего крутящего момента на одну ось, если вторая потеряла сцепление с дорогой, но положительно сказывается на управляемости. Для повышения же внедорожных качеств дифференциал дополнительно оснащается блокировкой.

В агрегатах же с механизмом отключения, авто в обычном режиме эксплуатации имеет один ведущий мост, а второй задействуется при надобности.

Дополнительно шестеренчатая раздатка может иметь понижающую передачу, которая повышает тяговое усилие за счет изменения передаточного соотношения в раздаточной коробке. Реализуется понижающая передача установкой дополнительных шестерен на валы. То есть, на каждом валу размещено по две шестерни разных диаметров. При введении в зацепление одних из них передаточное соотношение в агрегате равно 1:1, никакого понижения нет, но если задействовать вторую группу шестеренок, то соотношение меняется. На одних автомобилях оно составляет 2:1, на других – 2,5:1. В результате скорость движения машины снижается, но пропорционально возрастает тяговое усилие. Примечательно, что понижающую передачу используют только при включении полного привода.

Помимо шестеренчатых раздаток на машинах применяются также и цепные. В них промежуточный вал отсутствует, а вращение на приводной вал второй оси осуществляется цепью. Такая конструкция отличается меньшей металлоемкостью узла, но и по надежности уступает шестеренчатому типу.

В современных конструкциях отказались от использования дифференциалов, а их место заняли муфты – механические (синхронизаторы), фрикционные, электромагнитные, вискомуфты. На ряде авто применяются дифференциалы Torsen.

Ремонт дифференциала механической коробки передач

Одной из причин повышенного шума в коробке передач может быть износ или поломка деталей дифференциала.

Вам потребуются: торцовая головка «на 15», универсальный съемник, оправка для запрессовки подшипников, отвертки с плоским лезвием, бородок, молоток.

1. При сильном износе зубьев шестерни привода спидометра замените шестерню. Для этого разведите отверткой концы стопорного кольца и одновременно второй отверткой сдвиньте по цапфе коробки дифференциала шестерню вместе с кольцом.

2. Для замены изношенного или поврежденного подшипника спрессуйте его с цапфы коробки дифференциала.

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ

Подшипник, спрессованный показанным способом, для повторной установки не пригоден, так как повреждается его сепаратор. Поэтому без необходимости не демонтируйте подшипники дифференциала.

При замене подшипников дифференциала обязательно замените их наружные кольца, установленные в регулировочную гайку и крышку подшипника (см. Разборка и сборка коробки передач, дефектовка ее деталей).

3. Выверните десять болтов крепления ведомой шестерни главной передачи к коробке дифференциала.

4. Пометьте взаимное расположение шестерни и коробки…

5. …спрессуйте шестерню с коробки дифференциала легкими ударами молотка через деревянную проставку…

6. …и снимите шестерню.

7. Выбейте бородком диаметром 3,2 мм фиксирующий штифт оси сателлитов…

8. …и извлеките из коробки дифференциала ось сателлитов.

9. Проворачивая шестерни дифференциала, выньте из коробки дифференциала сателлиты…

10. …и полуосевые шестерни.

ПРИМЕЧАНИЕ

Обратите внимание…

…на сателлитах…

…и полуосевых шестернях установлены опорные шайбы. При обратной сборке не забудьте установить их на прежние места.

11. Осмотрите рабочие поверхности и зубья сателлитов, шлицы и зубья полуосевых шестерен. При сильном износе рабочих поверхностей, шлицев и зубьев, а также при выкрашивании зубьев замените шестерни дифференциала.

12. Осмотрите опорные шайбы шестерен. При видимом износе шайб замените их

13. Осмотрите поверхности коробки дифференциала в местах работы опорных шайб шестерен. При сильном износе поверхностей замените коробку дифференциала.

14. Мелкие неровности на шейках оси сателлитов удалите мелкозернистой наждачной бумагой. При наволакивании на шейки металла сателлитов или при их одностороннем износе замените ось.

15. При наличии сколов, выкрашиваний и значительной выработки зубьев ведомой шестерни главной передачи замените шестерню.

ПРИМЕЧАНИЕ

При замене ведомой шестерни главной передачи необходимо одновременно заменить и ведущую шестерню (вторичный вал), поскольку эти шестерни подбирают по шуму и устанавливают только в паре.

16. Соберите дифференциал в порядке, обратном разборке, с учетом следующего:

  • фиксирующий штифт оси сателлитов запрессуйте в отверстие коробки дифференциала с той стороны, в которую его выбивали;
  • подшипники дифференциала напрессуйте на цапфы коробки дифференциала, прикладывая усилие к внутреннему кольцу;
  • перед напрессовкой на цапфу коробки дифференциала шестерни привода спидометра нагрейте шестерню в масляной ванне до температуры 80 °С;
  • напрессуйте ведомую шестерню главной передачи на коробку дифференциала, совместив нанесенные при разборке метки и нагрев шестерню в масляной ванне до температуры 100 °С;
  • смажьте резьбовую часть болтов крепления ведомой шестерни анаэробным фиксатором резьбы, затягивайте болты равномерно крест-накрест. Окончательно затяните болты моментом 70 Н·м (7,0 кгс·м).
Поделитесь в социальных сетях:FacebookTwitterВКонтакте
Напишите комментарий