- це механічний пристрій, що передає крутний момент з одного джерела на два незалежних споживача таким чином, що кутові швидкості обертання джерела і обох споживачів можуть бути різними щодо один одного. Така передача моменту можлива завдяки застосуванню так званого планетарного механізму.
В автомобілебудуванні, диференціал є однією з ключових деталей трансмісії. В першу чергу він служить для передачі моменту від коробки передач до коліс ведучого моста.
Чому для цього потрібен диференціал?
У будь-якому повороті, шлях колеса осі, рухається по короткому (внутрішньому) радіусу, менше, ніж шлях іншого колеса тієї ж осі, яке проходить по довгому (зовнішньому) радіусу. В результаті цього, кутова швидкість обертання внутрішнього колеса повинна бути менше кутової швидкості обертання зовнішнього колеса.
У випадку з не ведуть мостом, виконати цю умову досить просто, так як обидва колеса можуть не бути пов'язаними один з одним і обертатися незалежно. Але якщо міст ведучий, то необхідно передавати крутний момент одночасно на обидва колеса (якщо передавати момент тільки на одне колесо, то можливість керування автомобілем за сучасними поняттями буде дуже поганий).
При жорсткій же зв'язку коліс ведучого моста і передачі моменту на єдину вісь обох коліс, автомобіль не міг би нормально повертати, так як колеса, маючи рівну кутову швидкість, прагнули б пройти один і той же шлях в повороті. Диференціал дозволяє вирішити цю проблему: він передає крутний момент на роздільні осі обох коліс (півосі) через свій планетарний механізм з будь-яким співвідношенням кутових швидкостей обертання півосей.
В результаті цього, автомобіль може нормально рухатися і управлятися як на прямому шляху, так і в повороті.
Однак, з огляду на фізики пристрої, у планетарного механізму є дуже нехорошу властивість: він прагне передати отриманий крутний момент туди, куди легше. Наприклад, якщо обидва колеса мосту мають однакове зчеплення з дорогою і зусилля, необхідне для розкручування кожного з коліс однакове, диференціал буде розподіляти крутний момент рівномірно між колесами.
Але варто тільки з'явиться відчутної різниці в зчепленні коліс з дорогою (наприклад, одне колесо потрапило на лід, а інше залишилося на асфальті), як диференціал тут же почне перерозподіляти момент на те колесо, зусилля для розкрутки якого найменше (тобто на те, що знаходиться на льоду).
В результаті, колесо, яке перебуває на асфальті перестане отримувати крутний момент і зупиниться, а колесо, що знаходиться на льоду прийме на себе весь момент і буде обертатися зі збільшеною кутовою швидкістю, причому планетарний механізм буде грати роль редуктора, що підвищує швидкість обертання цього колеса.
Природно, це явище сильно погіршує прохідність і керованість автомобіля. Адже за логікою речей, у розглянутій ситуації момент бажано передавати на колесо, розташоване на асфальті, щоб автомобіль міг продовжити рух.
У повнопривідних автомобілях диференціалом зазвичай обладнані два мости, а найчастіше диференціал можна виявити ще й між мостами (міжосьовий диференціал). Таким чином, ми отримуємо схему трансмісії, в якій присутні цілих три диференціала: два мостових і один міжосьовий.
Останній необхідний для постійного руху з повним приводом і передачею моменту на всі чотири колеса. Адже в повороті колеса рульового моста (зазвичай переднього) мають зовсім інші кутові швидкості, ніж чим колеса заднього моста. Міжосьовий диференціал покликаний передавати крутний момент від коробки передач до обох ведучих мостів з різним співвідношенням кутових швидкостей.
Така схема з трьома диференціалами є однією з найпоширеніших схем для постійного повного приводу (Full time 4WD).
Однак, це вже тема іншого розділу. В даному розділі нас цікавить диференціал і його властивості. Повертаючись до вищеописаного проблемному властивості планетарного механізму, цікаво розглянути ситуацію, коли повнопривідний автомобіль з міжосьовим диференціалом одним з чотирьох коліс потрапив на той же лід (або в слизьку яму).
Що тоді станеться?
Диференціал мосту, колесо якого знаходиться на льоду, віддасть весь отриманий крутний момент на це колесо. Міжосьовий диференціал, в свою чергу, теж прагне передати крутний момент туди, куди легше.
Природно, міжосьовому диференціалу легше віддати момент на міст з прокручуються на льоду колесом, ніж чим на міст, колеса якого мають хороше зчеплення з дорогою і можуть рухати автомобіль.
В результаті, весь крутний момент від двигуна і коробки передач піде на розкручування єдиного колеса, що знаходиться на льоду. Решта три колеса зупиняться і не отримуватимуть ніякого крутного моменту від диференціалів. Підсумок: з чотирьох провідних коліс залишилося тільки одне, яке прослизає на льоду - повнопривідний автомобіль «застряг».
Як же змусити диференціали передавати крутний момент на колеса з більш хорошим дорожнім зчепленням? Для цього були розроблені різні способи часткової і повної, ручний і автоматичної блокування диференціалів, які будуть розглянуті нижче.
Основною метою блокування диференціала є передача необхідного крутного моменту обом його споживачам (полуосям або карданами). Існують принципово різні методи вирішення даного завдання. 1. Повна (100% -а) ручна блокування.

При такому типі блокування, диференціал фактично перестає виконувати свої функції і перетворюється в просту муфту, жорстко зв'язує півосі (або кардани) між собою і передавальну їм однаковий крутний момент з однаковою кутовою швидкістю.
Для того, щоб повністю заблокувати класичний диференціал, мало або заблокувати можливість обертання сателітів, або жорстко з'єднати між собою чашку диференціала з однією з піввісь.
Таке блокування як правило реалізована за допомогою пневматичного, електричного або гідравлічного приводу, керованого водієм з салону автомобіля.
Застосовується як для мостових, так і для міжосьових диференціалів. На картинці зображено схема блокування компанії ARB для мостового диференціала, в якій блокуються сателіти.
Включати подібного роду блокування можна тільки при повністю зупиненому автомобілі. Користуватися ними треба вкрай обережно, так як зусилля мотора цілком достатньо щоб «зірвати» механізм блокування або поламати піввісь.
Застосовувати такі блокування бажано тільки на невеликих швидкостях для пересування по важкодоступній місцевості, так як при їх застосуванні в мостах (особливо в рульових), автомобіль дуже сильно втрачає в керованості.
Як правило, жорсткими блокуваннями мостових і міжосьових диференціалів обладнуються повноцінні рамні позашляховики, такі як Toyota Land Cruiser, 4Runner (Hilux Surf), Mercedes G-Class і. т. п.
Limited Slip Differentials - диференціали з обмеженим «проскальзиваніем» (однієї піввісь щодо іншої).
До цих LSD-диференціалом відносяться пункти 2, 3 і 4.

2. Автоматичне блокування з використанням Віскомуфти як «Slip Limiter».

У цьому випадку застосовується блокування однієї з півосей з чашкою диференціала. Вискомуфта монтується співвісно піввісь таким чином, що один її привід жорстко кріпиться до чашки диференціала, а інший - до півосі.
При нормальному русі кутові швидкості обертання чашки і піввісь однакові, або незначно відрізняються (в повороті). Відповідно, робочі площині віськомуфти мають таке ж невелике розходження в кутових швидкостях і муфта залишається розімкнутої. Як тільки одна з осей починає отримувати відчутно більший момент і більш високу кутову швидкість обертання щодо іншої, в вискомуфта з'являється тертя і вона починає блокуватися.
Причому, чим більше різниця в швидкостях, тим сильніше тертя всередині віськомуфти і ступінь її блокування. У міру збільшення ступеня блокування віськомуфти і вирівнювання кутових швидкостей чашки і піввісь, тертя всередині віськомуфти починає падати, що веде до плавного розмикання віськомуфти і відключення блокування.
Дана схема застосовується для міжосьових диференціалів, так як її конструкція дуже масивна для установки на бруківці редуктор. (Схема на картинці)
Подібний механізм блокування добре підходить для експлуатації в умовах поганого дорожнього покриття, проте, в умовах справжнього бездоріжжя його здатності далеко не видатні: вискомуфта не справляється з постійними змінами станів зчеплення мостів з грунтом, запізнюється при включенні, перегрівається і виходить з ладу. Даний тип блокування міжосьового диференціала можна зустріти на «паркетних» позашляховиках: Toyota Rav4, Lexus RX300 і. т. п. 4. диференціалом.
За принципом роботи, самоблокувалися диференціали можна розділити на два типи: speed sensitive, тобто спрацьовують від різниці в кутових швидкостях обертання півосей, і torque sensitive - спрацьовують від різниці переданого на півосі крутного моменту.
Speed sensitive differentials

Пристрій таких диференціалів досить просте і принципово нічим не відрізняється від пристрою звичайного відкритого диференціала.
Між півосями і чашкою диференціала додані комплекти блоків фрикційних пластин (які позначені на зображенні праворуч червоними крапками).
Саме тому, подібні диференціали часто називають «friction based LSD». Коли диференціал намагається перерозподілити крутний момент на одну з піввісь і починає виникати різниця в кутових швидкостях півосей і чашки, пластини під дією сили тертя стримують виникнення цієї різниці.
Зрозуміло, коли величина крутного моменту перевершує силу тертя пластин, все обертання передається на більш легко обертатися піввісь. Такі блокування працюють в порівняно невеликому діапазоні відносини моментів.

Досить часто фрикційні блоки пружної.
Такі диференціали штатно встановлюються в задній міст багатьох позашляховиків - Toyota 4Runner (Hilux Surf), Nissan Terrano, Kia Sportage і. т. п.
Американська компанія ASHA Corp. пішла далі, забезпечивши пакет фрикційних LSD диференціала пристроєм блокування, що складається з насоса з поршнем (Героторний диференціал).
При виникненні різниці в кутових швидкостях піввісь і чашки насос нагнітає масло (рідина) на поршень і здавлює фрикційний блок, тим самим блокуючи диференціал. Дана конструкція отримала назву Gerodisk (Hydra-Lock) і штатно встановлюється на позашляховики Chrysler (на зображенні зліва).
Практично для всіх friction based диференціалів необхідно застосовувати спеціальне масло, яке містить присадки, що забезпечують нормальну роботу фрикційних блоків.
Torque sensitive differentials
Це одна з найцікавіших, ефективних, технологічних і практично застосовуваних форм блокування диференціалів.
Принцип роботи заснований на властивості гипоидной пари «Розклинювальні». У зв'язку з цим, основні (або все) зачеплення в таких диференціалах гіпоїдні (черв'ячні, або в народі - гвинтові). Різновидів конструкцій не так вже й багато - можна виділити три основні типи.

Перший тип виробляє компанія Zexel Torsen. (T-1) Гіпоїдні парами є шестерні провідних піввісь і сателіти.
При цьому кожна піввісь має власні сателіти, які парно пов'язані з сателітами протилежної піввісь звичайним прямозубой зачепленням. Слід зазначити, що вісь сателіта перпендикулярна піввісь.
При нормальному русі і рівність переданих на півосі моментів, гіпоїдні пари «сателіт / ведуча шестерня» або зупинені, або обертаються, забезпечуючи різницю кутових швидкостей піввісь в повороті.

Як тільки диференціал намагається віддати момент на одну з піввісь, то Гіпоїдні пару цієї півосі починає розклинювати і блокувати з чашкою диференціала, що призводить до часткової блокування диференціала.
Дана конструкція працює в найбільшому діапазоні відносин крутного моменту - від 2.5 / 1 до 5.0 / 1, тобто є найпотужнішою в серії. Діапазон спрацьовування регулюється кутом нахилу зубців черв'яка.

Автором второготіпа є англієць Rod Quaife.

В даному випадку, осі сателітів паралельні полуосям. Сателіти розташовані в своєрідних кишенях чашки диференціала. При цьому парні сателіти мають не прямозубой зачеплення, а утворюють між собою ще одну Гіпоїдні пару, яка расклініваясь, так само бере участь в процесі блокування (на другій картинці). Подібний пристрій має і диференціал True Trac компанії Tractech.

Навіть у нас в Росії з'явилося виробництво аналогічних диференціалів під вітчизняні автомобілі УАЗ і. т. д.

А ось компанія Zexel Torsen в своєму диференціалі T-2 запропонувала трохи іншу компоновку по суті, того ж пристрою (на зображенні справа). Завдяки своїй незвичайній конструкції, парні сателіти з'єднані між собою з зовнішньої сторони сонячних шестерень. У порівнянні з першим типом, ці диференціали мають менший діапазон роботи блокування, однак вони більш чутливі до різниці переданого моменту і спрацьовують раніше (починаючи від 1.4 / 1). Компанія Tractech недавно випустила бруківці torque sensitive диференціал Electrac, забезпечений примусовою електроприводної блокуванням.

Третій тип виробляється компанією Zexel Torsen (Т-3) і використовується в основному для міжосьових диференціалів.

Планетарна структура конструкції дозволяє змістити номінальне розподіл моменту на користь однієї з осей.

Наприклад, використовуваний на 4Раннере 4-го покоління диференціал Т-3 має номінальне розподіл моменту 40/60 на користь задньої осі. Відповідно, зміщений і весь діапазон роботи часткової блокування: від (front / rear) 53/47 до 29/71.

В цілому, зміщення номінального розподілу моменту між осями можливо в діапазоні від 65/35 до 35/65. Спрацювання часткової блокування відбувається при 20-30% різниці в переданих на осі моментах. Так само, подібна структура диференціала робить його компактним, що в свою чергу, спрощує конструкцію і покращує компоновку роздавальної коробки.

Вищеописані torque sensitive диференціали дуже популярні в автоспорті. Більш того, багато виробників встановлюють такі диференціали на свої моделі штатно, як в якості міжосьових, так і міжколісних диференціалів. Наприклад, Тойота встановлює такі диференціали як на легкові автомобілі (Supra, Celica, Rav4, Lexus IS300, RX300 і. Т. Д), так і на позашляховики (4Runner / Hilux Surf, Land-Cruiser, Mega-Cruiser, Lexus GX470) і автобуси (Coaster Mini-Bus). Дані диференціали не вимагають застосування спеціальних присадок до масла (на відміну від friction-based диференціалів), проте краще використовувати якісне масло для навантажених гіпоїдних передач.
5. Управління роботою диференціалів за допомогою електронних систем контролю гальмівних зусиль (Traction Control і т. П.)
У сучасному автомобілебудуванні застосовується все більше і більше електронних систем контролю за рухом автомобіля. Уже рідко можна зустріти автомобілі, не оснащені системою ABS (що не дає колесам блокуватися при гальмуванні). Більш того, вже з кінця 80-х років минулого століття передові виробники стали комплектувати свої флагманські моделі системами контролю тяги і зчеплення коліс - Traction Control. Наприклад, Тойота встановила систему Traction Control на Lexus LS400 1989 (90) році. Принцип роботи такої системи простий: універсальні (так само обслуговують ABS) датчики обертання, встановлені на контрольованих колесах, фіксують початок пробуксовки одного колеса осі щодо іншого і система автоматично пригальмовує забуксувала колесо, тим самим збільшуючи на нього навантаження і змушуючи диференціал віддати момент на колесо з хорошим зчепленням.

При сильній пробуксовці, система так само може обмежувати подачу палива в циліндри. Робота такої системи дуже ефективна, особливо на задньопривідних автомобілях. Як правило, при бажанні таку систему можна примусово деактивувати кнопкою на приладовій панелі. Згодом, електронна система контролю гальмівних зусиль удосконалювалася і до неї додавалися все нові функції, які працюють поряд з ABS і TRAC. (Наприклад, керування різницею розблокування рульових коліс для більш успішного проходження поворотів). У всіх виробників ці функції називалися по різному, проте сенс при цьому залишався однаковим. І ось, дані системи стали встановлюватися на повнопривідні автомобілі і позашляховики, причому в деяких випадках вони є єдиним засобом контролю тяги і перерозподілу крутного моменту між осями і колесами (Mercedes ML, BMW X5).

У разі, якщо позашляховик оснащений більш серйозними засобами розподілу крутного моменту (жорсткими блокуваннями і / або диференціалом), то електронна система контролю гальмівних зусиль дуже вдало доповнює ці кошти. Хороший приклад тому - чудова керованість і прохідність останнього покоління тойотовский позашляховиків 4Runner (Hilux Surf), Prado, Lexus GX470. Будучи представниками однієї платформи, вони мають міжосьовим диференціалом Torsen T-3 з можливістю жорсткої блокування, а так само електронною системою контролю гальмівних зусиль і тяги з безліччю функцій, які допомагають водієві керувати автомобілем.
Задні самоблокувалися диференціали Subaru Ми вже говорили, що в англійській мові під поняття LSD потрапляють всі самоблокувалися диференціали, проте в нашій традиції так зазвичай називають систему з вискомуфтой. Але Subaru використовувала на своїх машинах цілу гаму LSD-диференціалів різних конструкцій ...
2.1. Вязкостний LSD старого зразка

Подібні диференціали знайомі нам в основному по першій Legacy BC / BF. Конструкція у них незвична - в шестерні піввісь вставляються НЕ хвостовики гранат, а проміжні шліцьові вали, на які потім вже насаджуються внутрішні гранати «старого» зразка.
Така схема використовується до сих пір в передніх редукторах деяких субар, але задні редуктори цього типу були замінені на нові в 1993-95 рр.
У LSD-диференціалі права і ліва полусевие шестерні «з'єднуються» через вискомуфту - правий шліцьовій вал проходить крізь чашку і зачіпається з маточиною муфти (сателіти диференціала встановлені консольно).
Корпус муфти представляє одне ціле з шестернею лівої півосі.
У порожнини, заповненої силіконової рідиною і повітрям, на шліцах маточини і корпуси стоять диски - зовнішні утримуються на місці розпірні кільцями, внутрішні здатні злегка переміщатися уздовж осі (для можливості отримання «хамп-ефекту»). Муфта спрацьовує безпосередньо на різницю в частоті обертання між правою і лівою півосями.

Під час прямолінійного руху праве і ліве колеса обертаються з однаковою швидкістю, чашка диференціала і напівосьові шестерні переміщаються разом і момент порівну ділиться між півосями.
При виникненні різниці в частоті обертання коліс, корпус і маточина з закріпленими на них дисками переміщаються один щодо одного, що викликає появу сили тертя в силіконової рідини.
Завдяки цьому в теорії (тільки в теорії) має відбуватися перерозподіл крутного моменту між колесами.
нормальний рух
Пробуксовка лівого колеса

2.2. Вязкостний LSD нового зразка

Сучасний диференціал влаштований набагато простіше.
Гранати «нового» зразка вставлені безпосередньо в напівосьові шестерні, сателіти стоять на звичних осях, а пакет дисків встановлений між корпусом диференціала і шестеренні лівої півосі.
Така вискомуфта «реагує» на різницю частоти обертання чашки диференціала і лівої півосі, в іншому принцип роботи зберігається.
Область застосування (на моделях внутренего ринку):

• Impreza WRX МКПП до 1997
• Forester SF, SG (крім версій FullTime VTD + VDC)
• Legacy 2.0T, 2.5 (крім версій FullTime VTD + VDC)

Робоча рідина - трансмісійне масло класу API GL-5, в'язкість по SAE 75W-90, ємність ~ 0.8 / 1.1 л.
Нормальне двіженіеПробуксовка лівого колеса

2.3. фрикційний LSD

Наступний по черзі появи - фрикційний механічний диференціал, застосовуваний на більшій частині версій Impreza STi з середини 90-их.
Принцип його дії ще простіше - напівосьові шестерні мають мінімальний осьовий люфт, між ними і корпусом диференціала встановлено набір шайб.
При появі різниці в частоті обертання між колесами диференціал спрацьовує як будь-який вільний. Сателіти починають обертатися, при цьому виникає навантаження на шестерні піввісь, осьова складова якої підтискає пакет шайб і диференціал частково блокується.

Область застосування (на моделях внутрішнього ринку): Робоча рідина - трансмісійне масло для LSD-диференціалів, це єдиний з диференціалів Subaru, в який заливається спеціальне масло (в оригіналі «Subaru LSD oil»), оскільки фрикційні диски і шестерні працюють в загальному картері.
2.4. Кулачковий LSD (SURETRAC)

Фрикційний диференціал кулачкового типу вперше був застосований Subaru в 1996 році на турбо-імпрезах, потім він з'явився і на версіях Forester STi.

Принцип його дії більшості добре знайомий ще по нашим класичним вантажівкам, «шишиги» і «уазик».
Жорсткого зв'язку між провідною шестернею диференціала і півосями тут фактично немає, різниця в кутової швидкості обертання забезпечується проскальзиваніем однієї піввісь щодо іншої.

Сепаратор обертається разом з корпусом диференціала, закріплені на сепараторі шпонки (або «сухарі») можуть переміщатися в поперечному напрямку. Виступи і западини кулачкових валів разом зі шпонками утворюють передачу обертання, на зразок ланцюгової.

1 - сепаратор, 2 - напрямні кулачки, 3 - завзятий підшипник, 4 - корпус диференціала, 5 - шайба, 6 - маточина.

Якщо опір на колесах однаково, то шпонки не згадуються і обидві півосі обертаються з однаковою швидкістю. Якщо опір на одному колесі буде відчутно більше, то шпонки починають ковзати уздовж западин і виступів відповідного кулачка, все ж за рахунок тертя намагаючись його провернути в сторону обертання сепаратора. На відміну від диференціала планетарного типу, швидкість обертання другий Полус при цьому не збільшується (тобто, якщо одне колесо буде стояти нерухомо, друге не буде крутитися в два рази швидше, ніж корпус диференціала).
Область застосування (на моделях внутренего ринку):

• Impreza WRX після 1996
• Forester STi

Робоча рідина - звичайне трансмісійне масло класу API GL-5, в'язкість по SAE 75W-90, ємність ~ 0.8 л.
Євген Є., Москва