Принцип работы раздаточной коробки

В современных автомобилях применяют автоматическое управление раздаточной коробкой. При выборе автоматического режима бортовой компьютер сам определяет пробуксовку мостов, после чего перенаправляет крутящий момент. Если нужно, включает блокировку дифференциала. Водитель может отключить автоматику и выполнять все работы на ходу самостоятельно. Рычаг управления отсутствует.

Огромная популярность, которую в последнее время завоевали автомобили с повышенной проходимостью, паркетные внедорожники и кроссоверы, – не случайна. Привод на все колеса дает водителю преимущества при движении как в городе,так и на пересеченной местности. В таком автомобиле раздаточная коробка предназначена для максимальной реализации достоинств полного привода.

1. Что такое раздаточная коробка
2. Что внутри
3. Как работает раздаточная коробка
4. Виды межосевого дифференциала
5. Управление раздаточной коробкой

В раздаточной коробке, устанавливаемой на автомобили с системой полного привода подключаемого вручную, предусмотрена возможность подключения переднего моста (в данном контексте мост и ось синонимы) в раздаточной коробке. Отдельные конструкции раздаточных коробок системы постоянного полного привода имеют функцию отключения передней оси.

Раздаточная коробка является неотъемлемым атрибутом автомобиля, оборудованного системой полного привода. Раздаточная коробка распределяет крутящий момент по осям автомобиля, а также увеличивает крутящий момент при движении по плохим дорогам и бездорожью.

Конструкция раздаточной коробки различается в зависимости от вида системы полного привода. Вместе с тем, можно выделить общие конструктивные элементы раздаточной коробки: ведущий вал, межосевой дифференциал с механизмом блокировки, цепная (зубчатая) и понижающая передачи, а также валы привода передней и задней оси.

Ведущий вал передает крутящий момент от коробки передач к раздаточной коробке.

Межосевой дифференциал предназначен для распределения крутящего момента между осями и позволяет им вращаться с разными угловыми скоростями. Межосевой дифференциал может быть симметричным и несимметричным. Симметричный дифференциал распределяет крутящий момент между осями поровну, несимметричный – в определенном соотношении. В раздаточных коробках, используемых в системах полного привода подключаемого автоматически и полного привода подключаемого вручную межосевой дифференциал, как правило, не применяется.

Для полной реализации полноприводных возможностей предусматривается блокировка межосевого дифференциала. Под блокировкой межосевого дифференциала понимается полное или частичное выключение дифференциала, обеспечивающее жесткое соединение передней и задней осей между собой. Блокировка может осуществляться автоматически или вручную.

Современными механизмами автоматической блокировки межосевого дифференциала являются вискомуфта, самоблокирующийся дифференциал Torsen, многодисковая фрикционная муфта.

Ручная (принудительная) блокировка дифференциала производится водителем с помощью механического, пневматического, электрического или гидравлического привода. На некоторых конструкциях предусмотрены функции как автоматической, так и ручной блокировки межосевого дифференциала.

Вал привода задней оси выполнен, как правило, соосно с ведущим валом. Цепная передача обеспечивает передачу крутящего момента на переднюю ось. Она включает ведущее и ведомое зубчатые колеса и приводную цепь. Вместо цепной передачи в раздаточной коробке может использоваться цилиндрическая зубчатая передача. Раздаточная коробка в системе автоматически подключаемого полного привода представляет собой, как правило, конический редуктор.

Понижающая передача служит для увеличения крутящего момента при движении по плохим дорогам и бездорожью. Она присутствует в отдельных конструкциях раздаточных коробок внедорожных автомобилей. На современных автомобилях понижающая передача выполнена в виде планетарного редуктора.

В раздаточной коробке, устанавливаемой на автомобили с системой полного привода подключаемого вручную, предусмотрена возможность подключения переднего моста (в данном контексте мост и ось синонимы) в раздаточной коробке. Отдельные конструкции раздаточных коробок системы постоянного полного привода имеют функцию отключения передней оси.

Режимы работы раздаточной коробки определяются ее конструкцией. В совокупности раздаточная коробка может иметь следующие режимы работы:

1. включен задний мост;
2. включены оба моста;
3. включены оба моста при блокировке межосевого дифференциала;
4. включены оба моста на понижающей передаче при блокировке дифференциала;
5. включены оба моста при автоматической блокировке дифференциала.

Переключение режимов осуществляется с помощью рычага управления, копок на панели приборов или поворотного переключателя.

В зависимости от конкретной системы полного привода, конструкция раздаточной коробки немного отличается, но можно выделить общие элементы, которые обязательно входят в механизм: корпус, ведущий вал, межосевой дифференциал и механизм блокировки дифференциала, зубчатая передача, вал привода задней оси, вал привода передней оси и понижающая передача.

Такой механизм раздаточной коробки, как межосевой дифференциал, играет важнейшую роль, распределяя крутящий момент по приводным осям автомобиля. Если дифференциал не оснащен механизмом блокировки, значит, оси могут двигаться с разной скоростью. Самоблокирующийся дифференциал, а также дифференциал, который имеет механизм ручной блокировки, дают возможность принудительного распределения крутящего момента между ведущими мостами, что очень актуально при езде по бездорожью.

На сегодняшний день существует три типа самоблокирующихся дифференциалов:

— фрикционная муфта;
— блокировка типа Torsen;
— вязкостная муфта.

Среди существенных недостатков механизма вязкостной муфты можно выделить невозможность ручной блокировки, а также риск перегрева при длительной работе.

Наиболее совершенную конструкцию имеет дифференциал Torsen, который выделяется широким диапазоном перераспределения крутящего момента. Но из-за такого недостатка, как ограниченная прочность, его не используют на внедорожниках.

Оптимальным вариантом является дифференциал, оснащенный фрикционной муфтой, которая дает возможность как ручной, так и автоматической блокировки. В конструкцию муфты, работа которой основывается на силе трения, входят фрикционные диски. Если одна из приводных осей проскальзывает, диски начинают сжиматься, частично или полностью блокируя дифференциал.

Вал привода задней оси и ведущий вал обычно располагают соосно. Вал привода передней оси вращается от зубчатой или цепной передачи.

Иногда в раздаточной коробке присутствует понижающая передача, позволяющая увеличить крутящий момент, которой обычно укомплектовываются внедорожники. В раздаточную коробку может входить механизм автоматического или ручного выключения/подключения полного привода.

Раздаточная коробка может иметь несколько режимов работы, что зависит от ее конструкции:

— подключена только задняя ось;
— подключены две приводные оси;
— две оси подключены с межосевой блокировкой;
— подключение обеих осей с пониженной передачей и межосевой блокировкой;
— подключение обеих осей с автоматической блокировкой дифференциала.

Если автомобиль оборудован механическим приводом, управление раздаточной коробкой производится непосредственно рычагами. Также управление может осуществляться при помощи кнопок, регулирующих работу исполнительных механизмов и управляющих органов раздаточной коробки. Если полноприводный автомобиль не предназначен для езды в условиях бездорожья, обычно раздаточная коробка управляется автоматикой.

Способ распределения мощности – один из основных критериев, по которым разделяются раздатки. Он характеризует, как именно осуществляется передача вращения между осями.

Классификация

В целом, конструктивных исполнений раздаток – множество, поэтому и используется классификация их. Она разделяет все существующие виды раздаточных коробок по таким критериям как:

• Способ распределения мощности;
• Число передач;
• Тип механизма управления;
• Расположение валов.

Распределение мощности

Способ распределения мощности – один из основных критериев, по которым разделяются раздатки. Он характеризует, как именно осуществляется передача вращения между осями.

По этой классификации коробки делятся на обеспечивающие:

• Постоянный привод на обе оси без возможности отключения какого-либо мостов;
• Возможность отключения переднего или заднего моста (он в этой компоновке трансмиссии является вспомогательным);
• «Равноправное» отключение. Такая раздатка позволяет отключать любой из мостов (позволяет на авто сделать любой тип привода – передний, задний, полный).

Трансмиссия с постоянным приводом используется как на легковых авто, так и некоторых внедорожниках. В раздатке таких трансмиссий отсутствует механизм управления, и ведущими являются постоянно все колеса.

Отметим, что в современных конструкциях раздаток полноприводных трансмиссий дифференциал не используется, вместо него устанавливаются разного рода муфты (электромеханические, фрикционные, магнитные). Их особенность заключается в том, что они могут обеспечивать меняющееся соотношение распределения вращения. Управление этими муфтами осуществляется электроникой, что позволяет системе привода быстро реагировать на дорожные условия и направлять больший момент на требуемую ось.

Раздаточные коробки с отключаемым одним из мостов – самая распространенная компоновка для кроссоверов. Ее особенность заключается в том, что водитель самостоятельно решает, когда нужен полный привод. В такой конструкции также нередко используются муфты в качестве межосевого дифференциала. Управление коробкой может быть, как полностью механическим, так и электроприводным.

Схема видов полного привода

«Равноправное» отключение мостов встречается нечасто. Обусловлено это более сложной конструкцией самой коробки.

Количество ступеней

По количеству передач существующие типы коробок передач делятся на одно-, двух- и трехступенчатые. На легковых автомобилях и кроссоверах обычно используется одноступенчатая передача. Это означает, что передаточное число раздаточной коробки равно 1, то есть она его не изменяет и на колеса передается тот момент, который задан КПП.

На внедорожниках же часто встречается двухступенчатая раздатка. В ней имеется две передачи, у которых передаточное число равно 1 и 2. Нередко такую коробку еще называют «раздаткой с делителем». Наличие двух передач позволяет при надобности на этом узле изменить передаточное число, повысив тяговое усилие на колесах. Но при этом автомобиль движется вдвое медленнее. В обычной коробке это делается всего лишь наличием дополнительной пары шестерен.

Трехступенчатые раздаточные коробки на автотранспорте обычно не встречаются, их используют на спец. технике.

Механизм управления

Что касается типа механизма управления, то он бывает ручным, полуавтоматическим и полностью автоматическим. Первый вариант – самый надежный, поскольку в конструкции отсутствует какая-либо электроника. В такой раздаточной коробке водитель самостоятельно, при помощи системы рычагов вводит в зацепление шестерни, включая дополнительный мост.

В полуавтоматическом механизме задействование дополнительного моста осуществляется механизмом управления с электронным приводом. То есть, включение и выключение дополнительного моста проходит без участия водителя. Но такая система управления позволяет и самому водителю включать полный привод.

Ручной и полуавтоматический механизм управления раздаткой

Автоматическое же управление подразумевает, что работу раздаточной коробки полностью контролирует электроника. Она на основе показаний датчиков определяет момент, когда нужен полный привод и задействует его.

Положение валов

Последний критерий, по которым делятся раздаточные коробки – положение валов. Оно бывает соосным и несоосным. Первый вариант указывает на то, что ведомый и вал привода переднего моста расположены на одной оси. Ведущий же вал располагается параллельно им.

В несоосной конструкции на одной оси располагаются ведущий и ведомый валы, а вал переднего моста установлен параллельно.

В корпусе раздаточной коробки располагаются все элементы, включая понижающую передачу и межосевой дифференциал. Как и в коробке передач, в корпусе раздаточной коробки имеется смазывающая жидкость (трансмиссионное масло), которая обеспечивает постоянную смазку всех внутренних узлов.

Устройство раздаточной коробки автомобиля

В плане устройства раздаточные коробки различных автомобилей существенно отличаются , однако их общее предназначение остается неизменным. «Раздатка» автомобиля с полным приводом состоит из следующих узлов:

• корпус (картер);
• ведущий вал;
• валы привода передней и задней осей;
• дифференциал межосевой;
• устройство блокировки дифференциала;
• зубчатая или цепная передача;
• понижающая передача.

В корпусе раздаточной коробки располагаются все элементы, включая понижающую передачу и межосевой дифференциал. Как и в коробке передач, в корпусе раздаточной коробки имеется смазывающая жидкость (трансмиссионное масло), которая обеспечивает постоянную смазку всех внутренних узлов.

Крутящий момент от КПП передается на раздаточную коробку через ведущий вал. Далее крутящий момент передается на межосевой дифференциал, который может иметь различные конструкции. Устаревшие раздаточные коробки содержат простейший межосевой дифференциал без механизма блокировки. На современных автомобилях устанавливается дифференциал с возможностью жесткой блокировки или самоблокирующийся дифференциал.

Крутящий момент перераспределяется между осями с помощью дифференциала. Это позволяет им вращаться с разной скоростью, компенсируя неровности дороги. Благодаря дифференциалу снижается износ покрышек и экономится горючее.

Назначение раздаточной коробки

Основная функция раздатки — подключение и отключение второй ведущей оси. Для экономии топлива при движении по хорошей дороге автомобиль приводится в движение с помощью одной оси. Вторая подключается лишь для преодоления сложных участков дороги — грязи, песка. снега, льда.

Крутящий момент перераспределяется между осями с помощью дифференциала. Это позволяет им вращаться с разной скоростью, компенсируя неровности дороги. Благодаря дифференциалу снижается износ покрышек и экономится горючее.

При пробуксовывании одной из осей весь крутящий момент будет передан на нее. В результате машина не сможет двигаться. Чтобы выбраться из грязи, снега или песка, водитель включает блокировку дифференциала и заставляет оси вращаться синхронно.

Механические раздаточные коробки передач обладают одним неоспоримым достоинством – большим ресурсом. Устройство, при котором распределение крутящего момента между ведущими мостами осуществляется за счет зацепления шестеренок, в плане надежности не имеет себе равных. Поэтому именно такой тип раздаток устанавливается на внедорожники, предназначенные для эксплуатации в условиях тяжелого бездорожья, военную технику.

Механическая раздаточная коробка является наиболее архаичным и в то же время самым надежным видом конструкции.

Как мы видим на схеме полного привода ВАЗ – 2121, раздаточная коробка является связующим звеном между МКПП и приводными валами, которые передают крутящий момент к дифференциалам задней и передней осей. В случае с Нивой раздатка является отделенным узлом трансмиссии, но на большинстве автомобилей ее корпус привинчивается к КПП, поэтому кардан к переднему мосту отсутствует как таковой. Систему полного привода с такой раздаточной коробкой называют Full-time.

Принцип работы

Схематическое устройство на примере ВАЗ 2121.

При движении по устойчивым поверхностям с высокими сцепными свойствами в постоянном полном приводе нет необходимости, поэтому скользящая муфта (8) через ступицу (7) сочленяет ведущий вал (12), который получает крутящий момент от двигателя, с шестерней высшей передачи (6). Шлицы высшей шестерни находятся в зацеплении с шестерней постоянного зацепления промежуточного вала. От нее крутящий момент передается на ведомую шестерню (29) и дифференциал (23).

Предназначение дифференциала в перераспределении крутящего момента между валами заднего и переднего моста. Понять его принцип работы и устройство без визуального представления крайне сложно, поэтому рекомендуем посмотреть видео.

Понижающий ряд

Водитель, изменяя положение рычага, передвигает через ступицу (7) муфту (8), провоцируя блокировку ведущего вала (12) с низшей шестерней (9). Разница между шестернями ведущего вала в передаточном числе, что при включении понижающей передачи обеспечивает:

• устойчивую минимальную скорость;
• увеличение крутящегося момента, передающегося на колеса.

Part-Time

Раздаточная коробка передач в системе полного привода Part-Time не имеет межосевого дифференциала. По умолчанию у таких автомобилей ведущая задняя ось. Передний привод подключается принудительно при желании водителя. Отсутствие дифференциала приводит к тому, что включать полный привод можно только на покрытиях со сниженным коэффициентом сцепления. Если пренебречь этим советом, силы, возникающие из-за разной частоты вращения колес при повороте, очень быстро выведут раздаточную коробку из строя. Видео с разборкой раздатки Part-Time.

Если подытожить, то процессы внутри раздаточной коробки можно свести к перемещению скользящих муфт, которые изменяют комбинации вращающихся шестерен. Перемещение вилок скользящих муфт может осуществляться как напрямую через рычаги в салоне, так и нажатием клавиш на приборной панели. В последнем случае перемещение муфты осуществляется сервоприводом, который крепится к раздаточной коробке.

Системой Part-Time оснащаются: Toyota Land Cruiser 70, Opel Frontera, Great Wall Hover, УАЗ и многие другие внедорожники.

Почему Part-time и Full-time больше неактуальны

Механические раздаточные коробки передач обладают одним неоспоримым достоинством – большим ресурсом. Устройство, при котором распределение крутящего момента между ведущими мостами осуществляется за счет зацепления шестеренок, в плане надежности не имеет себе равных. Поэтому именно такой тип раздаток устанавливается на внедорожники, предназначенные для эксплуатации в условиях тяжелого бездорожья, военную технику.

Но поскольку для SUV и паркетников, использующихся по большей мере в городской черте, надежность механических блокировок не столь важна, то мириться с довольно серьезными недостатками архаичной раздаточной коробки становится нецелесообразно. Отрицательные стороны:

Преимущества современных систем полного привода

Именно так работает электронная имитация блокировки дифференциала. Вкратце рассмотрим устройство и принцип работы раздаточных коробок современных систем полного привода.

Вязкостная муфта

Вискомуфта используется как для блокировки межосвего дифференциала, так и для подключения одной из осей. Конструктивно муфта представляет собой набор помещенных в дилатантную жидкость дисков. При резком возникновении разницы угловых скоростей металлических и фрикционных дисков силиконовая жидкость изменяет свою вязкость, провоцируя блокировку муфты и равномерное распределение крутящего момента.

Недостаток вискомуфт в запаздывающем срабатывании, слабом усилии, удерживающем сцепленными фрикционные и стальные диски. Поэтому вискомуфта при активном срабатывании перегревается.

Вязкостная муфта может быть установлена в раздаточной коробке либо у заднего дифференциала.

Torque on-demand

На данный момент полноприводная трансмиссия Torque on-demand является наиболее совершенной для использования на SUV и паркетниках. Особенности устройства наиболее распространенных типов раздаточных коробок TOD:

• многодисковая фрикционная муфта, блокирующаяся давлением масла. Устройство раздаточной коробкой передач Haldex, устанавливающееся на Audi, VW, Seat, Volvo и т.п., предполагает наличие стальных и фрикционных дисков. Диски сжимаются, подключая передний или задний мост, давлением масла, которое возникает вследствие набегания корпуса муфты на нажимные ролики.

Для лучшего понимания работы раздаточных коробок современных систем полного привода рекомендуем ознакомиться со статьей «Суть работы блокировок дифференциала».

Особенно применение такого агрегата нужно для грузовой техники, где планировалось использование дополнительного осевого моста. Необходимо было как то сбалансировать крутящийся момент между двумя мостами.

Назначение раздаточной коробки

Назначение раздаточной коробки (РК) состоит в распределении передающего усилия между ведущим и дополнительными мостами. Так же раздатка позволяет включать либо выключать ведущий мост и в некоторых случаях понижать или повышать передаточное число и тем самым увеличивать в двое количество существующих передач применяемых для коробки передач машины.

Схема полного привода с раздаточной коробкой передач

Такое вождение особенно важно при движении по хорошей автостраде, раздаточная коробка передач позволяет отключить дополнительный мост, тем самым снимается нагрузка на двигатель, трансмиссию уменьшается расход топлива. Создание раздаточной коробки идёт с начала двадцатого века, когда начинались развиваться гонки на автомобилях по шоссе и в условиях бездорожья.

Особенно применение такого агрегата нужно для грузовой техники, где планировалось использование дополнительного осевого моста. Необходимо было как то сбалансировать крутящийся момент между двумя мостами.

Как только автомобиль попадает в условия бездорожья, то применение раздатки совместно с межосевым дифференциалом помогают двигателю распределить вращающийся момент к мостам в необходимом пропорциональном соотношении веса нагрузки, обеспечивая равномерно колёсам разных мостов вращаться с одинаковой скоростью, тем самым снижается нагрузка в трансмиссии и уменьшается износ механизмов, а главное, автомобиль преодолевает препятствия и движется равномерно в плохих дорожных условиях.

• ведущий вал;
• приводные валы передней и задней осей;
• цепная или зубчатая передача;
• понижающий ряд или понижающая передача;
• дифференциал межосевой;
• механизм блокировки межосевого дифференциала.

Межосевой дифференциал

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

Самоблокирующийся дифференциал Torsen

Многодисковая фрикционная муфта

Цепная передача

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.

• ведущий вал со свободно сидящими зубчатыми колесами включения прямой и понижающей передач, между которыми имеется синхронизатор их включения;

• ведущий вал со свободно сидящими зубчатыми колесами включения прямой и понижающей передач, между которыми имеется синхронизатор их включения;

• промежуточный вал с жестко сидящими на нем зубчатыми колесами включения прямой и понижающей передач;

• межосевой шестеренчатый дифференциал, на шлицах которого расположена муфта включения блокировки;

• вал привода переднего моста с жестко сидящим зубчатым колесом блокировки дифференциала;

• вал привода заднего моста;

Конструкция раздаточной коробки:

При включении прямой передачи крутящий момент поступает от муфты синхронизатора на зубчатое колесо прямой передачи, далее на зубчатое колесо промежуточного вала и на ведомое зубчатое колесо, венец которой крепится к корпусу дифференциала, далее на валы привода мостов.
При включении понижающей передачи крутящий момент поступает от муфты синхронизатора на зубчатое колесо понижающей передачи, далее — на зубчатое колесо промежуточного вала, ведомое зубчатое колесо и вал привода мостов.

Но давайте поговорим об этом приборе подробнее. Для начала разберёмся, где его искать.

Как работает?

Для начала разберёмся, как работает раздаточная коробка. Принцип работы раздаточной коробки заключается в том, что дифференциалы, которые бывают двух типов (симметричные и несимметричные) делят крутящий момент на оси. Первый вид механизма распределяет крутящий момент поровну, а второй — не поровну, в зависимости от заданных показателей. Так или иначе, благодаря этому прибору приводные валы могут работать с разной скоростью, что увеличивает манёвренность и устойчивость машины при повороте и при езде по бездорожью.

Принцип действия раздатки:

Также под дифференциалом может быть установлен блокиратор. Это устройство помогает заблокировать дифференциал, распределяющий крутящий момент. После такой блокировки колёса будут вращаться строго с одинаковой скоростью. Управлять этой функцией можно самостоятельно из салона автомобиля либо можно настроить автоматическую блокировку. Такая функция востребована на тех машинах, которым приходится ездить, например, по длинным полям.

У раздаточной коробки существует несколько режимов работы. Она может функционировать:

• при двух активных мостах и блокировке дифференциала, которая осуществляется в автоматическом режиме;
• при двух активных мостах, но на понижающей передаче с условием перманентной блокировки дифференциала;
• при двух работающих мостах и с условием перманентной блокировки дифференциала;
• при двух работающих мостах;
• при условии работы только заднего моста.

Если коробка не работает

Неисправности раздаточной коробки бывают разными. Однако существует несколько наиболее часто встречающихся недугов прибора:

К сожалению, самостоятельно починить коробку любителю почти невозможно. Единственное, что новичок в ремонтном деле сможет сделать своими руками — произвести замену масла. Для всех остальных процедур потребуется помощь специалиста.

Нужна ли раздаточная коробка?

Как и у любого механизма, у РК есть свои преимущества и недостатки.

Начнём, пожалуй, с минусов. Точнее, с одного, но существенного минуса раздаточной коробки. Дело в том, что большинство её деталей довольно дорого стоят. Поэтому их замена обойдётся недёшево. А те детали, которые продаются по приемлемым ценам, сложны в починке, поэтому тоже могут потребовать средств от автовладельца на работу мастера.

Но не стоит забывать, что никакая раздаточная коробка не умаляет важности мастерства водителя, решившего проехать на внедорожнике по сложным участкам. Ведь даже при управлении самым «навороченным» авто неопытность ездока может сыграть с ним злую шутку.