Что такое дифференциал в автомобиле

Что такое дифференциал в автомобиле

Представьте заднеприводную машину, которая разворачивается на асфальтированной парковке: руль до упора влево, она плавно трогается с места.

При этом заднее левое колесо будет вращаться очень медленно. Может показаться, что машина разворачивается вокруг него. Правое заднее колесо при этом будет крутиться гораздо быстрее: ему необходимо пройти большое расстояние. Все это возможно благодаря дифференциалу.

В этой статье мы разберемся, что с ним происходит в момент поворота, из чего дифференциал состоит, каким бывает и сколько денег придется потратить, если его нужно будет обслужить.

Что вы узнаете

Рассылка Т—Ж для автомобилистов

Советы, как не переплатить за машину, в вашей почте дважды в месяц. Бесплатно
Подписаться
Подписываясь, вы принимаете условия передачи данных и политику конфиденциальности

Как устроен дифференциал

Дифференциал есть в трансмиссии любого современного автомобиля. Благодаря ему ведущая ось может вращать колеса с разной скоростью.

Вот как устроен классический межколесный дифференциал:

1. Корпус дифференциала. На нем закреплена ведомая шестерня редуктора.
2. Шестерни-сателлиты. Их обычно две, хотя на грузовых автомобилях может быть и четыре. Сателлиты закрепляют на оси внутри корпуса дифференциала.
3. Ось сателлитов — в виде единого стержня, если сателлитов два. Когда их четыре, ось в дифференциале крестообразная.
4. Две шестерни полуосей. К ним подходят полуоси колес.

Ведущая шестерня главной передачи передает крутящий момент на ведомую шестерню, которая закреплена на корпусе дифференциала. Внутри корпуса дифференциала на оси расположены сателлиты. Они начинают вращаться, если ведущие колеса, а значит, и шестерни полуосей, вращаются с разной скоростью. Источник: DRN Studio / Shutterstock

Шестерни-сателлиты грузового межколесного конического дифференциала. Их четыре, поэтому ось сателлитов крестообразная. Фото: Miljan Zivkovic / Shutterstock

У автомобилей с задним приводом дифференциал размещен в корпусе заднего моста или редуктора. У переднеприводных автомобилей — в коробке передач. В полноприводной машине дифференциалов несколько, могут быть расположены как в корпусе КПП, так и в отдельном корпусе редуктора.

Дифференциалы бывают конические, цилиндрические и червячные. Они различаются типом зубчатой передачи шестерен, но общий принцип строения любого дифференциала одинаковый — планетарный редуктор.

Цилиндрический дифференциал устанавливают на полноприводные автомобили в качестве межосевого. У этого дифференциала обычно разное количество зубьев у шестерен приводов ведущих мостов, что обеспечивает неравномерное распределение крутящего момента между передним и задним мостом.

Например, на внедорожниках крутящий момент распределяется в соотношении 60 к 40:

1. На заднюю ось передается 60% крутящего момента. На эту ось приходится часть веса кузова авто или рамы, частично трансмиссии, а при необходимости — прицепа.
2. На переднюю ось — 40%. На ней вес двигателя и отчасти трансмиссии.

Момент распределили в соответствии с развесовкой автомобиля, чтобы трансмиссия работала наиболее эффективно. Такую конструкцию называют несимметричной.

Червячный дифференциал можно использовать и как межосевой, и как межколесный. Он симметричный: на шестернях полуосей одинаковое количество зубьев, усилие на колеса распределяется в равном соотношении.

Конический дифференциал тоже симметричный, но его обычно ставят только в качестве межколесного.

Червячные шестерни-сателлиты дифференциала. Торсен третьего поколения. Источник: ютуб⁠-⁠канал Whats the Power

Где в автомобиле дифференциал

У переднеприводных автомобилей он находится в коробке передач вместе с главной передачей.

В авто с задним приводом дифференциал расположен в корпусе заднего редуктора. К нему от коробки передач подходит карданный вал.

У машин с полноценным полным приводом в трансмиссии три дифференциала: два межколесных и один межосевой — в раздаточной коробке между двумя ведущими осями. Если отдельной раздатки нет, межосевой дифференциал могут установить прямо в корпусе КПП. У полного привода системы парт-тайм — с жестко подключаемой осью — межосевого дифференциала нет, его роль выполняет муфта включения полного привода.

Коробка передач переднеприводного автомобиля со снятыми шестернями и валами передач. Корпус дифференциала в картере справа, на него заклепками прикреплена ведомая шестерня главной передачи. Чтобы добраться до дифференциала у авто с передним приводом, придется разобрать коробку передач. Источник: ютуб⁠-⁠канал «Скорая помощь вашему агрегату»

У авто с задним приводом межколесный дифференциал находится в корпусе заднего редуктора на ведущей задней оси. Фото: Sergey Nemirovsky / Shutterstock

Как работает дифференциал

Рассмотрим работу дифференциала в трех стандартных ситуациях: при движении по прямой, при повороте, при пробуксовке одного из ведущих колес.

При движении прямо:

1. Крутящий момент от ведущей шестерни главной передачи передается на ведомую шестерню и корпус дифференциала.
2. Сателлиты передают усилие на шестерни полуосей, но остаются при этом неподвижными.
3. Шестерни полуосей вращаются равномерно вместе с корпусом дифференциала, колеса вращаются с одинаковой скоростью.

Как работает автомобильный дифференциал, когда автомобиль едет прямо. Источник: ютуб-канал «Автоютуб»

Когда автомобиль поворачивает:

1. Ведущая шестерня главной передачи передает крутящий момент на ведомую шестерню.
2. Ведомая шестерня приводит в движение шестерни полуосей.
3. Шестерня полуоси того колеса, которое находится ближе к центру поворота, замедляется из-за большего сопротивления и начинает передавать усилие на сателлиты.
4. Шестерни-сателлиты начинают вращаться и ускоряют вращение шестерни полуоси внешнего колеса: того, что проходит внешний радиус поворота.
5. Ближнее к центру колесо начинает вращаться медленнее, внешнее колесо — быстрее.

Как работает дифференциал, когда автомобиль поворачивает. Источник: ютуб-канал «Инженер»
Как работает дифференциал, когда колесо пробуксовывает:

1. Шестерни полуосей начинают вращаться при передаче усилия от ведущей шестерни.
2. Шестерня полуоси того колеса, которое встречает наибольшее сопротивление, замедляется, в движение приходят сателлиты.
3. Благодаря сателлитам скорость вращения колеса с наименьшим сопротивлением увеличивается.

Получается, когда автомобиль одним ведущим колесом попадает на лед или застревает в грязи, дифференциал отдает большую скорость туда, где сопротивление меньше. В момент пробуксовки это как раз буксующее колесо. А колесо, которое стоит на твердой поверхности, наоборот, останавливается: у него сопротивление больше. В результате автомобиль никуда не едет. Чтобы решить эту проблему, в дифференциал стали устанавливать блокировки.

Как работает дифференциал, когда одно колесо пробуксовывает. Источник: ютуб-канал «Инженер»

Какие бывают блокировки дифференциалов

Блокировка дифференциала не дает передавать большую скорость на колесо с меньшим сопротивлением: так решается проблема пробуксовки. Блокировки бывают ручные или автоматические — такие дифференциалы называют самоблокирующимися. Автоматические блокировки тоже могут быть разными: например, блокировка с помощью вязкостной муфты или червячный дифференциал типа «торсен».

Ручная блокировка дифференциала встречается во внедорожниках с системой полного привода. В дифференциал устанавливают муфту, соединяющую корпус дифференциала с полуосью колеса. Для включения муфты используют пневматический, механический, гидравлический или электропривод. Включить блокировку можно при помощи кнопки в салоне или соответствующего рычага управления трансмиссией. Когда она срабатывает, колеса вращаются с одной скоростью — автомобиль перестает буксовать одним колесом.

Внедорожники с полным приводом ездят в том числе по асфальту, поэтому ручную блокировку нужно отключать сразу после того, как автомобиль съедет с плохой дороги. Если этого не сделать, есть риск повредить детали трансмиссии.

Муфта с электроприводом на дифференциале заднего моста Нивы 4 × 4. Источник: ютуб⁠-⁠канал Autogur73

Автоматические блокировки устанавливают и на легковые авто, и на внедорожники: они различаются принципом работы блокирующего устройства.

Вязкостные муфты установлены с обеих сторон редуктора по направлению к каждому из ведущих колес. Они состоят из двух пакетов дисков: один соединен с корпусом дифференциала, второй — с фланцем приводного вала. Корпус муфты, в котором находятся диски, заполняют специальным силиконом. При равномерном движении шестерен диски внутри муфты проворачиваются с одинаковой скоростью и не перемешивают силикон. Когда скорость одного из колес растет, диски начинают перемешивать силикон, он нагревается и становится вязким. Муфта почти полностью блокируется до тех пор, пока скорость колес не выравнивается.

Такую блокировку можно встретить в межосевых дифференциалах полноприводных авто — например, у Субару Импреза GG/G11. Но для настоящего бездорожья она не подойдет: муфта слишком чувствительна к перегревам, а силикон с увеличением пробега теряет свои свойства.

Корпус вязкостной муфты межосевого дифференциала Субару Импреза. На заднем плане — фрикционные диски. Источник: ютуб⁠-⁠канал subarubox.28

Внутри червячных дифференциалов на месте шестерен-сателлитов устанавливают пары червячных шестерен. Из-за червячного зацепления зубьев такой сателлит может вращаться от ведомой шестерни, но не передает вращение на шестерню полуоси. Поэтому при большой разнице в скорости вращения полуосей червячные шестерни останавливаются, а дифференциал блокируется.

Наиболее распространенный дифференциал такого типа — дифференциал «торсен». У торсенов последних двух поколений все шестерни с червячным зацеплением, а сателлиты расположены вдоль корпуса дифференциала. В первом поколении червячными были только шестерни-сателлиты, и устанавливали их перпендикулярно полуосям. Такая конструкция считается самой мощной среди блокировок своего класса.

Червячные дифференциалы сейчас ставят на автомобили с полным приводом в качестве межколесных и межосевых. Хотя раньше их можно было встретить и у легковых автомобилей. Например, «Ауди» отказалась от торсенов в 2016 году, но до этого ставила их во все свои модели с полным приводом.

Имитацию блокировки дифференциала могут выполнять системы стабилизации автомобиля — ABS, ESP и так далее

Электронная система авто фиксирует изменение скорости вращения одного из колес, увеличивает давление в тормозной магистрали этого колеса и вынуждает дифференциал отдавать усилие другому колесу, так как оно начинает вращаться быстрее.

Подобными имитациями блокировки оснащают все современные автомобили с электронными вспомогательными системами.

Как понять, что с дифференциалом что-то не так

Неисправности дифференциала напрямую влияют на управляемость автомобиля, поэтому очень важно следить за состоянием этого узла и вовремя обнаружить проблему. Если появился посторонний шум от трансмиссии, можно провести первичную проверку самостоятельно.

Для этого нужно вывесить ведущую ось, переключить передачу на нейтральную и прокрутить колеса. Сначала каждое само по себе, потом зафиксировать одно колесо и отдельно прокрутить второе. Если колеса свободно прокручиваются в обоих направлениях без шума и непонятных звуков — с дифференциалом все в порядке. Но если есть сомнения, лучше перестраховаться и заехать на диагностику в сервис.

Межосевой дифференциал таким образом не проверить, но существуют внешние признаки того, что с ним есть проблемы. Вот что еще может указывать на неисправности дифференциала:

1. Повышенный шум при увеличении нагрузки — признак износа ведомой шестерни.
2. Воющий гул во время работы дифференциала может указывать на износ сателлитов.
3. Хруст при различных нагрузках — признак износа подшипников дифференциала или полуосей.
4. Посторонние звуки и стук — из-за низкого уровня масла.
5. Масляные подтеки — износились сальники и прокладки.

https://journal.tinkoff.ru/guide/car-differential/