Samochodowy mechanizm różnicowy: urządzenie, awarie i metoda wyboru

W dokumentacji technicznej pełnoprawnych SUV-ów, niektórych crossoverów i samochodów miejskich z napędem na wszystkie koła znajduje się wyrażenie „blokada mechanizmu różnicowego”. Dowiemy się co to jest, jakie jest jego przeznaczenie w aucie, jak działa, a także jak dobrać nowy na miejsce zepsutego.

Co to jest mechanizm różnicowy

Mechanizm różnicowy w samochodzie jest elementem przekładni. Zapewnia niezależny obrót kół napędowych, ale jednocześnie przekazuje ten sam moment obrotowy do każdego z nich.

Ten element jest szczególnie ważny dla stabilności samochodu na zakrętach. Z fizyki wiemy, że podczas skręcania koło wewnątrz półkola porusza się po krótszej ścieżce niż koło na zewnątrz koła. W przypadku kół napędzanych nie jest to w ogóle odczuwalne.

Jeśli chodzi o koła napędowe, gdyby nie było mechanizmu różnicowego w skrzyni biegów, każdy samochód znacznie traciłby stabilność podczas zakrętów. Problem polega na tym, że koła zewnętrzne i wewnętrzne muszą obracać się z różnymi prędkościami podczas pokonywania zakrętów, aby zachować przyczepność. W przeciwnym razie jedno z kół ślizgałoby się lub ślizgało.

Mechanizm różnicowy jest zamontowany na osi napędowej. W przypadku pojazdów z napędem na cztery koła (klasa SUV lub 4x4) mechanizm ten jest dostępny na wszystkich osiach.

W niektórych samochodach dyferencjał jest przyspawany specjalnie, aby samochód dryfował. Przykładem tego są samochody rajdowe z napędem na dwa koła i spawanym mechanizmem różnicowym. Jednak do zwykłej jazdy po mieście lepiej jest użyć fabrycznego mechanizmu różnicowego lub, jak to się nazywa, otwartego mechanizmu różnicowego.

Różnicowa historia i cel

Konstrukcja mechanizmu różnicowego pojawiła się niemal jednocześnie z rozpoczęciem produkcji pojazdów wyposażonych w silnik spalinowy. Różnica była tylko kilka lat.

Pierwsze samochody były tak niestabilne na zakrętach, że inżynierowie musieli zastanawiać się, jak przenieść ten sam ciąg na koła napędowe, ale jednocześnie zrobić je tak, aby mogły obracać się z różnymi prędkościami na zakrętach.

Chociaż nie można powiedzieć, że sam mechanizm został opracowany po pojawieniu się samochodów z silnikami spalinowymi. Faktem jest, że do rozwiązania obsługi pierwszych samochodów zapożyczono opracowanie, które wcześniej było używane w wagonach parowych.

Sam mechanizm został opracowany przez inżyniera z Francji - Onesifora Pekkera w 1825 roku. Ferdinand Porsche kontynuował prace nad kołem ślizgowym w samochodzie. We współpracy jego firmy i ZF AG (Friedrichshafen) opracowano mechanizm różnicowy krzywki (1935).

Masowe użycie mechanizmów różnicowych LSD rozpoczęło się w 1956 roku. Technologia została zastosowana przez wszystkich producentów samochodów, ponieważ otworzyła nowe możliwości dla pojazdów czterokołowych.

Urządzenie różnicowe

Mechanizm różnicowy został oparty na przekładni planetarnej. Prosta skrzynia biegów składa się z dwóch kół zębatych, które mają różną liczbę zębów tego samego rozmiaru (dla stałego zazębienia).

Kiedy większe koło zębate obraca się, mniejsze wykonuje więcej obrotów wokół własnej osi. Modyfikacja planetarna zapewnia nie tylko przeniesienie momentu obrotowego na oś napędową, ale także przekształca go tak, aby prędkości wału napędowego i napędzanego były różne. Oprócz zwykłej przekładni w przekładniach planetarnych zastosowano kilka dodatkowych elementów, które współdziałają z trzema głównymi.

Mechanizm różnicowy wykorzystuje pełny potencjał przekładni planetarnych. W związku z tym, że taki mechanizm ma dwa stopnie swobody i umożliwia zmianę przełożenia, takie mechanizmy okazały się skuteczne w zapewnieniu stabilności kół napędowych obracających się z różnymi prędkościami.

Urządzenie różnicowe zawiera:

• Obudowa lub miseczka mechanizmu różnicowego. Cała przekładnia planetarna i koła zębate są w niej zamocowane;
• Przekładnie półosiowe (najczęściej używany jest typ słoneczny). Odbierz moment obrotowy z satelitów i przekaż go na koła napędowe;
• Napędzane i napędzające przekładnie głównej przekładni;
• Satelity. Działają jako przekładnie planetarne. Jeśli samochód jest samochodem osobowym, w jednym mechanizmie będą dwie takie części. W SUV-ach i ciężarówkach przekładnia planetarna ma 4 satelity.

Schemat działania mechanizmu różnicowego

Istnieją dwa rodzaje takich mechanizmów - symetryczny i asymetryczny różnicowy. Pierwsza modyfikacja jest w stanie równomiernie przenosić moment obrotowy na półoś. Na ich działanie nie mają wpływu prędkości kątowe kół napędowych.

Druga modyfikacja zapewnia regulację momentu obrotowego między kołami osi napędowej, jeśli zaczną się one obracać z różnymi prędkościami. Często taki mechanizm różnicowy jest instalowany między osiami pojazdu z napędem na wszystkie koła.

Więcej szczegółów na temat trybów działania mechanizmu różnicowego. Mechanizm działa inaczej w takich sytuacjach:

• Samochód jedzie prosto;
• Samochód wykonuje manewr;
• Koła napędowe zaczynają się ślizgać.

Oto jak działa różnica:

Jak działa mechanizm różnicowy autostuk.ru?

Prostym ruchem

Kiedy samochód jedzie prosto, satelity są po prostu łącznikiem między przekładniami osi. Koła samochodu obracają się z tą samą prędkością, więc kielich obraca się jak pojedyncza rura łącząca oba półosie.

Moment obrotowy jest równomiernie rozłożony na dwa koła. Obroty koła odpowiadają obrotom zębnika.

Podczas skręcania

Kiedy maszyna wykonuje manewry, koło na zewnętrznym promieniu skrętu obraca się bardziej niż to na wewnętrznym promieniu skrętu. Koło wewnętrzne napotyka duży opór, ponieważ zwiększa się moment obrotowy dla koła zewnętrznego, a droga uniemożliwia mu obracanie się z odpowiednią prędkością.

W tym przypadku do gry wchodzą satelity. Koło zębate półosi wewnętrznej zwalnia, przez co przekładnia planetarna w kielichu zaczyna obracać się w przeciwnym kierunku. Mechanizm ten pozwala zachować stabilność auta nawet na ciasnych i ciasnych zakrętach. Zapobiega również nadmiernemu zużyciu opon na hamującym kole.

Podczas poślizgu

Trzecią sytuacją, w której przydaje się mechanizm różnicowy, jest poślizg kół. Dzieje się tak np. Gdy samochód wpadnie w błoto lub porusza się po lodzie. W tym trybie mechanizm różnicowy działa na zupełnie innej zasadzie niż na zakrętach.

Faktem jest, że podczas poślizgu zawieszone koło zaczyna się swobodnie obracać, co prowadzi do utraty momentu obrotowego na kole, które ma wystarczającą przyczepność do nawierzchni drogi. Gdyby mechanizm różnicowy działał w trybie pokonywania zakrętów, wchodząc w błoto lub lód, samochód zatrzymałby się całkowicie, ponieważ przyczepność byłaby całkowicie utracona.

Aby wyeliminować ten problem, inżynierowie opracowali mechanizm różnicowy o ograniczonym poślizgu. Porozmawiamy o jego pracy trochę później. Po pierwsze, warto rozważyć istniejące modyfikacje różnic i ich różnice.

Typy różnicowe

Jeśli samochód ma jedną oś napędową, będzie wyposażony w mechanizm różnicowy międzyosiowy. Pojazd z napędem na wszystkie koła wykorzystuje centralny mechanizm różnicowy. W samochodach z napędem na przednie koła mechanizm ten nazywany jest również przednim mechanizmem różnicowym, a modele samochodów z napędem na tylne koła nazywane są tylnym mechanizmem różnicowym.

Mechanizmy te są podzielone na trzy kategorie w zależności od rodzaju przekładni:

• Różnica fazowa;
• Mechanizm różnicowy z przekładnią ślimakową;
• Cylindryczny mechanizm różnicowy.

Różnią się między sobą kształtem przekładni głównej i osiowej. Stożkowe modyfikacje są instalowane w pojazdach z napędem na przednie i tylne koła. Cylindryczne są stosowane w modelach z napędem na wszystkie koła, a przekładnie ślimakowe nadają się do wszystkich typów przekładni.

W zależności od modelu samochodu i warunków drogowych, w jakich pojazd jest eksploatowany, przydatne będą następujące typy mechanizmów różnicowych:

1. Blokada mechaniczna;
2. Samoblokujący mechanizm różnicowy;
3. Blokada elektryczna.

Mechanicznie blokowane mechanizmy różnicowe

W tej modyfikacji satelity są blokowane przez samego kierowcę za pomocą specjalnych przełączników na kołach. Gdy maszyna jest w linii prostej lub skręca, mechanizm różnicowy będzie działał normalnie.

Gdy tylko samochód uderzy w drogę o niestabilnej nawierzchni, na przykład wjedzie w las pokryty błotem lub zaśnieżoną drogę, kierowca przestawia dźwignie w żądane położenie, dzięki czemu satelity są blokowane.

W tym trybie przekładnia planetarna nie działa, a samochód w zasadzie jest bez mechanizmu różnicowego. Wszystkie koła napędowe obracają się z tą samą prędkością, co zapobiega poślizgowi, a przyczepność jest zachowana na wszystkich kołach.

Takie mechanizmy mają prostsze urządzenie i są instalowane w niektórych budżetowych SUV-ach, takich jak krajowe UAZ. Ponieważ opony nie zużywają się nadmiernie podczas powolnej jazdy po błocie, taka konstrukcja nie szkodzi oponom samochodu.

Samoblokujący mechanizm różnicowy

W tej kategorii występuje kilka typów mechanizmów. Przykładami takich urządzeń są:

• LSD. W takich skrzyniach biegów, przy zbyt dużych obrotach jednej z półosi, satelity są automatycznie blokowane. Zapobiega to utracie przyczepności przez stabilne koło;
• Lepkie sprzęgło. Te różnice wykorzystują lepką substancję na bazie silikonu. W stanie chłodnym pozostaje w stanie ciekłym. Gdy tylko zacznie się nagrzewać i mieszać, zmieniają się właściwości substancji, uzyskując lepką strukturę, co zwiększa jej lepkość. Ta charakterystyka wzrasta wraz ze wzrostem różnicy obrotów półosi. Sprzęgła wiskotyczne mają kilka istotnych wad. Po pierwsze, nie są naprawiane. Gdy substancja straci swoje właściwości, należy wymienić cały blok. Po drugie, blokowanie występuje w przypadku silnego poślizgu kół, przez co samochód nie zawsze skutecznie radzi sobie w warunkach terenowych. Pomimo tych niedociągnięć mechanizm różni się ceną budżetową. Większość tanich crossoverów jest wyposażona właśnie w takie mechanizmy różnicowe.
• Torsen. Tułów wykorzystuje zamek robaka. Gdy współczynnik momentu obrotowego na jednej półosi wzrasta lub maleje w stosunku do drugiej półosi, następuje aktywacja blokady. Ta technologia jest stosowana na przykład w pojazdach Audi. Urządzenie można również zaliczyć do mechanizmów blokowanych mechanicznie. Jest uważany za najbardziej niezawodny ze wszystkich rodzajów mechanizmów różnicowych i wyróżnia się prostotą. Z tego powodu są drogie.

Blokada elektryczna

Takie dyferencjały są związane z elektroniką pojazdu. Są uważane za najdroższe, ponieważ mają złożoną strukturę i blokujący napęd. Ten mechanizm jest powiązany z ECU pojazdu, który otrzymuje dane z systemów monitorujących obroty kół, takich jak ABS. W niektórych pojazdach automatyczne ryglowanie można wyłączyć. W tym celu na panelu sterowania znajduje się specjalny przycisk.

Zaletą opcji elektronicznych jest to, że pozwalają na ustawienie kilku stopni blokowania. Kolejnym plusem takich mechanizmów jest to, że doskonale radzą sobie z nadsterownością. W takich modelach moment obrotowy jest przenoszony na przekładnię osi, która obraca się z mniejszą prędkością.

Więcej o blokadzie mechanizmu różnicowego

Każdy mechanizm różnicowy między osiami ma znaczną wadę - moment obrotowy jest automatycznie dostarczany do koła, które obraca się mocniej. Z tego powodu drugie koło, które ma wystarczającą przyczepność, traci przyczepność. Z tego powodu taka skrzynia biegów nie zapewni możliwości samodzielnego wyjścia z błota czy zaspy śnieżnej.

Jak wspomniano wcześniej, problem rozwiązuje blokowanie satelitów. Istnieją dwa tryby blokowania:

• Pełne blokowanie odbywa się dzięki temu, że wszystkie elementy gearboxa są sztywno połączone. Zapewnia to, że koło o najlepszej przyczepności otrzymuje wystarczający moment obrotowy;
• Częściowe blokowanie jest możliwe poprzez zmianę współczynnika blokowania. Gdy samochód jedzie po linii prostej, współczynnik ten wynosi 1. Gdy tylko satelity są zablokowane w symetrycznym dyferencjału, współczynnik ten zmienia się na wartość między 3 a 5. W tym przypadku koło poślizgowe nadal się obraca, ale otrzymuje mniejszy moment obrotowy.

Oto film wyjaśniający, dlaczego różnica jest zablokowana:

Po co blokować mechanizm różnicowy w SUV-ach i co to jest

Awarie różnicowe

Biorąc pod uwagę, że konstrukcja dowolnego mechanizmu różnicowego wykorzystuje interakcję kół zębatych i osi, taki mechanizm jest podatny na szybkie zużycie i awarie. Elementy mechanizmu planetarnego są pod dużym obciążeniem, dlatego bez odpowiedniej konserwacji szybko ulegną awarii.

Chociaż koła zębate są wykonane z wytrzymałych materiałów, na mechanizm warto zwrócić uwagę, jeśli podczas jazdy dochodzi do zwiększonego hałasu, stukania i wibracji, których wcześniej nie było. Niepokojącym momentem jest również wyciek smaru. Co najgorsze, jeśli mechanizm się zaciął. Jednak przy odpowiedniej konserwacji rzadko się to zdarza.

Musisz skontaktować się z serwisem samochodowym, gdy tylko pojawi się wyciek oleju z obudowy skrzyni biegów. Możesz samodzielnie sprawdzić węzeł. Oprócz oględzin po podróży można sprawdzić temperaturę oleju w skrzyni biegów. Podczas normalnej pracy mechanizmu ta liczba będzie wynosić około 60 stopni. Jeśli różnica nagrzewa się znacznie bardziej, należy zasięgnąć porady specjalisty.

Poziom i jakość smaru należy sprawdzać w ramach rutynowej konserwacji. Każdy producent oleju przekładniowego ustala własne przepisy dotyczące jego wymiany. Nie lekceważ tego zalecenia, ponieważ olej może zawierać drobne cząsteczki ścierne, które mogą uszkodzić zęby przekładni, a także zniszczyć film olejowy, który zapobiega tarciu części metalowych.

Jeśli w wyniku oględzin zauważono wyciek z centralnego mechanizmu różnicowego lub zaobserwowano podobny problem z analogami samochodu z napędem na przednie koła, należy wymienić uszczelkę olejową. Spadek poziomu smaru prowadzi do zwiększonego tarcia części, co znacznie skraca żywotność urządzenia. Praca skrzyni biegów na sucho sprawia, że ​​satelity, łożyska i przekładnie osiowe stają się bezużyteczne.

Samodiagnozę różnicową przeprowadza się w następujący sposób. Najpierw podnieś oś napędową samochodu. Skrzynia biegów zostaje przełączona w położenie neutralne. Jedno koło obraca się najpierw w jednym kierunku, a następnie w drugim. Ta sama procedura jest wykonywana z drugim kołem.

Z działającym mechanizmem różnicowym koła będą się obracać bez luzu i hałasu. Ponadto niektóre usterki można usunąć samodzielnie. W tym celu należy wyjąć, zdemontować skrzynię biegów, a wszystkie jej elementy umyć benzyną (w celu identyfikacji wadliwych miejsc). Podczas tej procedury można znaleźć luz satelitów i rozwój na zębatkach.

Zużyte elementy są usuwane, a zamiast nich instalowane są nowe części. Zasadniczo satelity, łożyska i uszczelnienia olejowe podlegają wymianie, ponieważ szybciej się psują. Satelity są regulowane, wybierając koła zębate z minimalnym prześwitem między zębami.

Oto kolejny film pokazujący, jak wyregulować napięcie wstępne łożyska różnicowego:

Regulacja naciągu łożyska mechanizmu różnicowego

Znalezienie nowego mechanizmu różnicowego

Pomimo tego, że międzykołowy lub centralny mechanizm różnicowy jest łatwy do znalezienia na rynku części samochodowych, jego koszt jest dość wysoki (nowa część może kosztować od setek do tysięcy dolarów). Z tego powodu większość kierowców rzadko zgadza się na całkowitą wymianę mechanizmu.

Nowy mechanizm lub poszczególne jego elementy odnajdujemy tak samo, jak zwykłe części samochodowe. Najłatwiej jest pójść do sklepu i zapytać o konkretną część do danego pojazdu. Dotyczy to jednak sytuacji, gdy pojazd nie został zmodernizowany. W przeciwnym razie część jest wybierana zgodnie z kodem montażowym lub według modelu samochodu, z którego została usunięta.

Najlepiej szukać części po danych samochodu, a nie po kodzie produktu, ponieważ symbole te można znaleźć dopiero po demontażu mechanizmu. Ten węzeł ma wiele modyfikacji. Nawet w samochodach tej samej marki można stosować różne mechanizmy różnicowe.

Biorąc pod uwagę ten moment, niezwykle trudno jest znaleźć idealny analog z innego samochodu. Jeśli chodzi o zakup mechanizmu różnicowego na rynku wtórnym, jest to narażone na ryzyko i ryzyko samego właściciela samochodu, ponieważ nikt nie będzie demontował i sprawdzał stanu części. Zwiększa to ryzyko zakupu mocno zużytego mechanizmu.

Podsumowując, warto powiedzieć, że bez mechanizmu różnicowego nie da się stworzyć samochodu bezpiecznego i wydajnego, chociaż będą się z tym spierać fani skręcania dziesięciocentówek na suchym asfalcie.

Pytania i odpowiedzi:

Czym w uproszczeniu jest dyferencjał w samochodzie? Jest to element mechaniczny, który jest montowany pomiędzy półosiami osi napędowych. Moment obrotowy przenoszony jest na obudowę mechanizmu różnicowego przez kardan, a następnie poprzez niezależne koła zębate podawany jest na koła.

Do czego służy dyferencjał w samochodzie? Mechanizm ten zapewnia przeniesienie momentu obrotowego na koła napędowe, ale podczas wykonywania manewrów lub jazdy po wybojach umożliwia obracanie się kół z różnymi prędkościami.

Gdzie jest dyferencjał w aucie? Mechanizm ten jest zainstalowany na osi napędowej pomiędzy półosiami. W modelach XNUMXWD i plug-in XNUMXWD jest montowany na każdej osi.

Który samochód ma centralny mechanizm różnicowy? Wszystkie samochody posiadają międzyosiowy mechanizm różnicowy (stoi między półosiami). Środkowy mechanizm różnicowy jest używany tylko w modelach samochodów z napędem na wszystkie koła (jest montowany między osiami).