Межосевой дифференциал — необходимый крутящий момент для Вашего автомобиля
Сегодня хотим Вам рассказать о механизме, который используется в трансмиссии многоосных и полноприводных транспортных средств и отвечает за распределение крутящего момента между ведущими осями – межосевой дифференциал.
Межосевой дифференциал – это узел трансмиссии колесных транспортных средств с двумя и большим числом ведущих мостов.
Данный механизм выполняет сразу несколько функций для автомобиля:
Таким образом, можно сказать, что основное назначение межосевого дифференциала – это разделение поступающего потока крутящего момента надвое, причем моменты в каждом из потоков могут значительно отличаться, однако сумма этих моментов всегда будет равна поступающему моменту.
Межосевой дифференциал применяется во всех автомобилях с двумя и более числом ведущих осей.
В зависимости от колесной формулы и особенностей трансмиссии автомобиля, расположение данного механизма может отличаться:
Теперь давайте более подробно рассмотрим, каким образом устроен межосевой дифференциал. Данный агрегат состоит из корпуса, внутри которого размещается крестовина с сателлитами (коническими шестернями), которые соединены двумя полуосевыми шестернями. Сам корпус соединен с карданным валом, благодаря которому весь механизм получает вращение. Шестерни посредством валов соединены с ведущими шестернями главных передач своих мостов.
Также следует отличать некоторые конструктивные различия и особенности работы разных типов межосевых дифференциалов:
При этом почти все межосевые дифференциалы имеют механизм блокировки, который обеспечивает принудительную работу агрегата в режиме симметричного распределения крутящего момента. Данный механизм необходим для прохождения сложных участков дорог, когда колеса одной оси могут отрываться от дорожного покрытия или терять с ним сцепления.
Блокировка бывает двух видов:
Исходя из представленной информации, думаем, что Вы понимаете, насколько важен межосевой дифференциал для правильной эксплуатации автомобиля. Поэтому при определении каких-либо неисправностей данного агрегата – устраните их, иначе они могут негативно сказаться на технических характеристиках Вашего автомобиля.
О ремонте и замене межосевого дифференциала, читайте в следующей статье.
Блокировка межосевого дифференциала
На автомобилях с передним или задним приводом на ведущей оси устанавливается такой узел, как колесный дифференциал, механизма же его блокировки не предусмотрено по понятным причинам. Основная задача данного узла — распределение крутящего момента на колеса ведущей оси. Например на поворотах или во время езды по грунтовым дорогам колеса крутиться с одинаковой скоростью не могут.
Если же вы являетесь владельцем транспортного средства с полным приводом, то помимо колесного дифференциала на кардан устанавливают и межосевой дифференциал с механизмом блокировки. Естественно, у читателей возникает вопрос: зачем нужна блокировка, какую функцию выполняет, какие существуют виды блокировки межосевого дифференциала?
Зачем нужна блокировка межосевого дифференциала и принцип ее работы
Мы уже частично затрагивали данную тему на сайте vodi.su в статье об вязкостной муфте (вискомуфта). Если говорить простыми словами, то межосевой дифференциал необходим для повышения проходимости транспортного средства и включения полного привода.
Принцип его работы довольно прост:
Когда блокировка включена, обе оси оказываются в жесткой сцепке и вращаются за счет передачи момента вращения на них посредством трансмиссии от двигателя транспортного средства. Так, если установлена вискомуфта, то на дорожном покрытии, где не требуется мощь обеих осей, тяговое усилие поступает лишь на передние или задние колеса. Ну, а когда выезжаете на грунтовую дорогу и начинаются пробуксовки, колеса разных мостов начинают вращаться с разной скоростью, происходит сильное перемешивание дилатантной жидкости, она затвердевает. Тем самым создается жесткая сцепка между мостами и момент вращения поровну распределяется между всеми колесами машины.
Преимущества механизма блокировки межосевого дифференциала:
Блокировка межосевого дифференциала в зависимости от модели автомобиля включается различными способами. На более старых моделях, например УАЗ, НИВА или грузовые авто, необходимо выбрать соответствующую передачу на раздаточной коробке. Если стоит вискомуфта, блокировка происходит автоматически. Ну, а на самых совершенных на сегодняшний момент внедорожниках с муфтой Haldex блокировка контролируется электронным блоком управления. Сигналом же к ее включению является нажатие на педаль газа. Так, если вы желаете эффектно разогнаться с пробуксовкой, то блокировка сразу включится, а отключение произойдет автоматически, когда машина будет двигаться на стабильной скорости.
Разновидности механизмов блокировки межосевого дифференциала
Если говорить про принцип действия, то выделяют несколько основных групп, которые в свою очередь делятся на подгруппы:
Так, вискомуфту, можно отнести к второй и третьей группам одновременно, так как в разных режимах езды может наблюдаться проскальзывание дисков, например на поворотах. Соответственно, тяговое усилие ассиметрично распределяется между осями. В наиболее же сложных условиях, когда одно из колес сильно буксует, то происходит 100-процентная блокировка за счет полного затвердевания жидкости. Если же вы ездите на УАЗ Патриот с раздаткой, то там предусмотрена жесткая блокировка.
Портал vodi.su отмечает, что при включенном полном приводе, особенно на асфальте, происходит быстрый износ резины.
Выделяют также различные конструкции блокировки межосевого дифференциала:
Так, фрикционы работают примерно по той же схеме, что и вискомуфта или сухое сцепление. В нормальном состоянии фрикционные диски не взаимодействуют между собой, но как только начинаются пробуксовки, происходит их зацепление. Муфта Haldex Traction является фрикционной, в ней установлено несколько дисков, которые контролируются электронным блоком управления. Минус данной конструкции — износ дисков и необходимость их замены.
Блокировка Torsen является одной из наиболее совершенных, ее устанавливают на такие авто как Audi Quattro и универсалы Allroad Quattro. Схема довольно сложная: правая и левая полуосевая шестерни с сателлитами, выходные валы. Блокировка обеспечивается за счет разных передаточных чисел и червячной передачи. В нормальных режимах стабильной езды все элементы вращаются с определенным передаточным числом. Но в случае пробуксовки сателлит начинает вращаться в обратном направлении и происходит полная блокировка полуосевой шестерни и момент вращения начинает поступать на ведомую ось. Причем распределение происходит в соотношении 72:25.
На отечественных авто — УАЗ, ГАЗ — устанавливают кулачковый дифференциал повышенного трения. Блокировка происходит за счет звездочек и сухарей, которые при пробуксовке начинают вращаться с разными скоростями, в результате чего возникает сила трения и блокируется дифференциал.
Существуют и другие разработки. Так, современные внедорожники оснащают антипробуксовочной системой TRC, в которой весь контроль осуществляется через ЭБУ. А избежать пробуксовки удается за счет автоматического подтормаживания буксующего колеса. Есть также гидравлические системы, например DPS на автомобилях Хонда, где на заднем редукторе установлены насосы, вращающиеся от карданного вала. А блокировка происходит за счет подключения пакета многодискового сцепления.
У каждой из перечисленных систем существуют свои достоинства и недостатки. Нужно понимать, что езда с включенным полным приводом приводит к скорейшему износу шин, трансмиссии и двигателя. Поэтому полный привод используют лишь там, где он действительно нужен.
Дифференциал. Назначение и основные типы
Видео: Как работает дифференциал? Как работает дифференциал с повышенным внутренним сопротивлением (ДПВС)? Типы дифференциалов. Как устроен дифференциал? Дифференциал автоматический Нестерова (ДАН)
Назначение дифференциала
Дифференциал служит для распределения подводимого к нему вращающего момента между выходными валами и обеспечивает возможность их вращения с неодинаковыми угловыми скоростями.
При движении колесного ТС на повороте внутреннее колесо каждой оси проходит меньшее расстояние, чем ее наружное колесо, а колеса одной оси проходят разные пути по сравнению с колесами других осей.
Неодинаковые пути проходят колеса ТС при движении по неровностям на прямолинейных участках и на повороте, а также в случае прямолинейного движения по ровной дороге при разных радиусах качения колес, например при неодинаковом давлении воздуха в шинах и износе шин или неравномерном распределении груза на ТС.
Если бы все колеса вращались с одинаковой скоростью, это неизбежно приводило бы к их проскальзыванию и пробуксовыванию относительно опорной поверхности, следствием чего явились бы повышенный износ шин, увеличение нагрузок в механизмах трансмиссии, затраты мощности двигателя на работу скольжения и буксования, повышение расхода топлива, а также трудность поворота транспортной машины. Таким образом, колеса ТС должны иметь возможность вращаться с неодинаковыми угловыми скоростями относительно друг друга. У неведущих колес это обеспечивается тем, что они установлены свободно на своих осях и каждое из них вращается независимо друг от друга. У ведущих колес это обеспечивается установкой в их приводе дифференциалов.
Основные типы дифференциалов
По месту расположения дифференциалы подразделяют на:
По соотношению вращающих моментов на ведомых валах дифференциалы могут быть:
Различают также дифференциалы:
По конструкции дифференциалы подразделяют на:
В некоторых случаях вместо дифференциалов устанавливают механизмы типа муфт свободного хода.
В настоящее время на колесных ТС наиболее широкое распространение получили конические симметричные неблокируемые дифференциалы.
Видео: Как работает дифференциал?
Схемы дифференциалов
Рис. Схемы простых дифференциалов с постоянным соотношением моментов на ведомых валах: а — симметричного конического; б — симметричного цилиндрического; в — несимметричного цилиндрического; г — несимметричного конического; 1, 8 — левая и правая полуоси дифференциала; 2, 6 — левая и правая полуосевые шестерни; 3 — сателлит; 4 — корпус дифференциала; 5 — ведомое колесо главной передачи; 7 — ось вращения сателлитов; 9 — солнечная шестерня; 10 — эпициклическая шестерня
Рис. Межколесный симметричный конический дифференциал: 1, 8 — чашки дифференциала; 2, 7 — опорные шайбы полу осевых зубчатых колес; 3, 6 — полу осевые зубчатые колеса; 4 — опорная шайба сателлита; 5 — сателлиты; 9 — крестовина
Рис. Схемы несимметричных дифференциалов: а — конический; б — цилиндрический
Рис. Кулачковый дифференциал автомобиля ГАЗ-66-11 (а) и схема его работы (б): 1 — внутренняя звездочка; 2 — сепаратор; 3 — наружная звездочка; 4 — чашка дифференциала; 5 — сухарь
Рис. Блокируемый межколесный дифференциал: 1 — муфта; 2 — зубчатый венец
Рис. Межосевой дифференциал автомобиля КамАЗ-5320: 1 — ведущий вал; 2 — уплотнительная манжета; 3 — картер дифференциала; 4, 7 — опорные шайбы; 5, 17 — чашки дифференциала; 6 — сателлит: 8 — датчик блокировки; 9 — пробка заливного отверстия; 10 — пневматическая камера блокировки; 11 — вилка; 12 — стопорное кольцо; 13 — зубчатая муфта; 14 — муфта блокировки; 15 — сливная пробка; 16 — зубчатое колесо привода среднего моста; 18 — крестовина; 19 — зубчатое колесо привода заднего моста; 20 — болт крепления чашек; 21 — подшипник; 22 — крышка подшипника
Рис. Работа межколесного дифференциала: а — общая схема; б — при движении прямо; в — при повороте; 1 — корпус дифференциала; 2, 5 — полуосевые зубчатые колеса; 3 — крестовина: 4, 6 — сателлиты; 7 — ведущее зубчатое колесо главной передачи; 8, 9 — полуоси; 10 — ведомое зубчатое колесо главной передачи
Рис. Межосевой дифференциал Torsen: 1, 3 — правая и левая полуосевые шестерни; 2 — корпус дифференциала; 4 — сателлит, связанный с правой полуосевой шестерней; 5, 7 — выходные валы дифференциала; 6 — сателлит, связанный с левой полуосевой шестерней
Межосевой дифференциал и варианты его блокировки
Что такое межосевой дифференциал?
Как правило, секрет выносливости внедорожников заключается в их особой конструкции, в основе которой задействована рама повышенной жесткости, мощном двигателе, а также присутствии системы полного привода и раздаточной коробки, осуществляющей распределение крутящего момента на автомобильные оси, и, в случае необходимости, увеличивающей его до нужного значения. В свою очередь, «раздатка» нового поколения состоит из таких элементов, как межосевой дифференциал, передача цепного типа, служащая для передачи крутящего момента двигателя на переднюю ось авто, и понижающая передача.
При этом именно присутствие межосевого дифференциала можно назвать главной отличительной особенностью строения раздаточной коробки, являющейся неотъемлемой частью полноприводной системы. Данный элемент необходим для обеспечения возможности вращения ведущих осей автомобиля с разными скоростями. А, для полной реализации возможностей системы, в ней существует такая функция, как блокировка межосевого дифференциала, представляющая собой самый эффективный способ улучшения проходимости автомобиля.
Реализация данной функции может осуществляться автоматически и вручную. Во втором случае блокировка производится самим водителем. Происходит это при помощи специального устройства – привода, который может быть механическим, гидравлическим, электрическим или пневматическим. Данный тип блокировки носит название принудительного.
Принудительная блокировка межосевого дифференциала подразумевает фактически полное прекращение выполнения своих функций и трансформирмацию в обычную муфту, осуществляющую жесткую сцепку полуосей или карданов авто и передающую им одинаковую величину крутящего момента с одинаковой угловой скоростью. Применяется для преодоления машиной труднопроходимых участков, а при их прохождении обязательно выключается.
Автоматическая блокировка, иначе именуемая блокировкой дифференциалов с частичным проскальзыванием, производится при помощи таких конструкций, как:
Вискомуфта, ее строение и механизм действия
Крепление вискомуфты производится одним приводом к чашке дифференциала, в то время как второй его конец прикрепляется к полуоси авто. Когда автомобиль находится в обычном режиме движения, чашка и полуось вращаются с одинаковыми угловыми скоростями. Данные показатели могут лишь незначительно отличаться между собой при прохождении поворотов. То есть и сами рабочие плоскости вискомуфты в это время имеют минимальный процент расхождения, и сама она находится в раскрытом виде. Если же на какую-либо из осей автомобиля передается большее значение крутящего момента, в результате чего скорость ее вращения значительно превышает аналогичный показатель других осей, в вискомуфте возникает трение, из-за чего происходит ее блокировка.
Получается, что, чем больше отличаются друг от друга угловые скорости вращения осей авто, тем больше трения возникает в вискомуфте и тем сильнее становится степень ее блокировки. В свою очередь, после их выравнивания, трение постепенно снижается, что приводит к плавному размыканию вискомуфты и отключению блокировки.
Данный межосевой блокируемый дифференциал наиболее хорошо показывает себя при использовании автомобиля на покрытии низкого качества, однако в условиях настоящего бездорожья он показывает себя не самым лучшим способом. Дело в том, что вискомуфта просто не в состоянии справиться с быстрыми и частыми сменами состояния сцепления мостов авто с грунтом, из-за чего она перегревается и выходит из строя.
Особенности устройства дифференциала Torsen и его типы
В свою очередь, самоблокирующийся дифференциал Torsen представляет собой одну из самых высокотехнологичных и эффективных форм блокировки. Он отличается лучшей реакцией и способностью в минимально короткое время «откликаться» на изменения величины крутящего момента, отвечая на это изменением степени блокировки. Именно внедорожники с межосевым дифференциалом данного типа блокировки являются наиболее надежными. В основе его действия используются свойства гипоидной или косозубой пары зацеплений, которые, при необходимости, могут «расклиниваться». Конструкция данного типа имеет три разновидности:
Тип 1
В качестве гипоидных пар здесь задействованы шестерни и сателлиты ведущих полуосей. Сателлиты противоположных полуосей, расположенные по отношению к ним в перпендикулярном положении, связываются между собой зацеплениями прямозубого типа.
При обычном режиме движения, когда крутящие моменты распределяются на оси авто в одинаковой степени, эти пары находятся в стационарном положении либо двигаются с небольшой интенсивностью, обеспечивая оптимальную разницу угловых скоростей осей при прохождении поворотов. В случаях, когда отмечается «пробуксовка» одной из осей, что выражается в падении на ней крутящего момента, пары «сателлит-полуось» начинают вращательные движения, что приводит к возникновению трения и частичной блокировке дифференциала. В свою очередь, в этот же момент происходит распределение крутящего момента в пользу менее интенсивно работающей полуоси.
Стоит отметить, что дифференциал Torsen 1го типа имеет самкю мощную конструкцию в классе, так как работает в самом широком диапазоне отношений крутящего момента — от 2.5/1 до 5.0/1.
Тип 2
В основе конструкции данного дифференциала, созданного английским конструктором Родом Квайфом, используются шестерни полуосей косозубого типа и винтовые шестерни сателлитов, расположенных параллельно полуосям. Если сравнивать их с предыдущим типом, можно заметить, что схема межосевого дифференциала данного типа отличается меньшим коэффициентом блокировки, компенсирующимся более высокой скоростью срабатывания и большей чувствительностью к изменениям передаваемого крутящего момента. Подобные механизмы используются на автомобилях отечественного производства, включая УАЗы.
Тип 3
Устройство межосевого дифференциала Torsen третьего типа от компании Zexel Torsen по своим конструктивным особенностям и принципу действия во многом схоже со вторым типом. Здесь также задействованы шестерни полуосей косозубого типа и винтовые шестерни сателлитов, оси которых находятся в параллельном положении по отношению к полуосям.
Благодаря планетарной структуре строения данной конструкции обеспечивается смещение номинального распределения крутящего момента в пользу той или другой оси авто. Главным же достоинством данного типа блокирующего устройства является его функциональность и компактность, что дает возможность для упрощения конструкции раздаточной коробки и уменьшения ее размеров.
Конструкционные отличия фрикционных муфт
В конструкцию фрикционной муфты входит барабан, который имеет непосредственную связь со ступицей авто, несколько фрикционных дисков трения (два и более), поршень, осуществляющий сжатие этих дисков и пружину, возвращающую поршень в исходное положение.
Между барабаном и ступицей существует жесткая связь. При этом внутри последней располагается кольцо, выполняющее функцию стопора, на котором находится тарельчатая пружина, опирающаяся на поршень. В свою очередь, ступица оборудуется специальными каналами, осуществляющими передвижение масла между поршнем и барабаном. В автомобилях легкового типа чаще всего используются дисковые фрикционные муфты, имеющие две поверхности трения, состоящие из одного диска и двух полумуфт, а многодисковую конструкцию чаще можно встретить на специализированном транспорте, в том числе, на тракторах.
Рассмотрим, как работает межосевой дифференциал с фрикционной муфтой: в момент нахождения автомобиля в обычном, плавном режиме движения, распределение угловых скоростей между осями авто происходит равномерно. Однако когда какая-либо из полуосей начинает вращаться быстрее, фрикционные диски начинают сближаться между собой, притормаживая ее при помощи возникающих сил трения.
Подобная система блокировки отличается хорошей эффективностью, однако на серийных легковых автомобилях ее можно увидеть достаточно редко. Данная тенденция объясняется сложностью конструкции и особой спецификой обслуживания фрикционных дифференциалов, а также небольшим ресурсом работоспособности, вызванным быстрым износом их составляющих.
Принцип работы межосевого дифференциала фрикционного типа применяется в муфте Haldex, выпуск которой, начиная с 1998 года, осуществляет шведская фирма с одноименным названием. В основе действия данного устройства производители использовали работу электрогидравлической связки элементов. Но, несмотря на прогрессивность и инновационный дух муфты Haldex, первые ее версии были скорее провальными, чем успешными, что вызвало необходимость проведения многочисленных доработок конструкции, причем последние разработки оказались, весьма удачными и востребованными.
На данный момент осуществляется выпуск 5-го поколения муфты Haldex, отличающейся улучшенными характеристиками, включающими:
Заключение
Проанализировав данную информацию, можно понять, зачем нужен межосевой дифференциал. Говоря простым языком, его можно назвать распределителем вращательного момента на колеса авто, функционирующим по принципу аптечных весов: если на оба плеча механизма оказывается одинаковая нагрузка, то при «поднятии за хвост» они поднимаются одинаково, если же на одно из них оказывается большая нагрузка – второе плечо будет подниматься для сохранения равновесия.
Что такое дифференциал и для чего нужны блокировки
Дифференциал — это механическое устройство, которое передает крутящий момент с одного источника на два независимых потребителя таким образом, что угловые скорости вращения источника и обоих потребителей могут быть разными относительно друг друга.
Такая передача момента возможна благодаря применению так называемого планетарного механизма. В автомобилестроении, дифференциал является одной из ключевых деталей трансмиссии. В первую очередь он служит для передачи момента от коробки передач к колёсам ведущего моста.
В результате этого, угловая скорость вращения внутреннего колёса должна быть меньше угловой скорости вращения внешнего колеса. В случае с не ведущим мостом, выполнить это условие достаточно просто, так как оба колеса могут не быть связанными друг с другом и вращаться независимо.
Но если мост ведущий, то необходимо передавать крутящий момент одновременно на оба колеса (если передавать момент только на одно колесо, то возможность управления автомобилем по современным понятиям будет очень плохой).
При жесткой же связи колёс ведущего моста и передачи момента на единую ось обоих колёс, автомобиль не мог бы нормально поворачивать, так как колеса, имея равную угловую скорость, стремились бы пройти один и тот же путь в повороте.
Дифференциал позволяет решить эту проблему: он передаёт крутящий момент на раздельные оси обоих колёс (полуоси) через свой планетарный механизм с любым соотношением угловых скоростей вращения полуосей. В результате этого, автомобиль может нормально двигаться и управляться как на прямом пути, так и в повороте.
Однако, ввиду физики устройства, у планетарного механизма есть очень нехорошее свойство: он стремится передать полученный крутящий момент туда, куда легче. Например, если оба колеса моста имеют одинаковое сцепление с дорогой и усилие, необходимое для раскручивания каждого из колёс одинаковое, дифференциал будет распределять крутящий момент равномерно между колёсами.
Но стоит только появится ощутимой разнице в сцеплении колёс с дорогой (например, одно колесо попало на лёд, а другое осталось на асфальте), как дифференциал тут же начнёт перераспределять момент на то колесо, усилие для раскрутки которого наименьшее (то есть на то, которое находится на льду).
В результате, колесо, находящееся на асфальте перестанет получать крутящий момент и остановится, а колесо, находящееся на льду примет на себя весь момент и будет вращаться с увеличенной угловой скоростью, причем планетарный механизм будет играть роль редуктора, повышающего скорость вращения этого колеса.
Естественно, это явление сильно ухудшает проходимость и управляемость автомобиля. Ведь по логике вещей, в рассмотренной ситуации момент желательно передавать на колесо, расположенное на асфальте, чтобы автомобиль мог продолжить движение.
В полноприводных автомобилях дифференциалом обычно оборудованы два моста, а зачастую дифференциал можно обнаружить еще и между мостами (межосевой дифференциал). Таким образом, мы получаем схему трансмиссии, в которой присутствуют целых три дифференциала: два мостовых и один межосевой.
Последний необходим для постоянного движения с полным приводом и передачей момента на все четыре колеса. Ведь в повороте колёса рулевого моста (обычно переднего) имеют совсем другие угловые скорости, нежели чем колёса заднего моста.
Межосевой дифференциал призван передавать крутящий момент от коробки передач к обоим ведущим мостам с разным соотношением угловых скоростей. Такая схема с тремя дифференциалами является одной из самых распространённых схем для постоянного полного привода (Full time 4WD).
Дифференциал моста, колесо которого находится на льду, отдаст весь полученный крутящий момент на это колесо. Межосевой дифференциал, в свою очередь, тоже стремится передать крутящий момент туда, куда легче. Естественно, межосевому дифференциалу легче отдать момент на мост с прокручивающимся на льду колесом, нежели чем на мост, колёса которого имеют хорошее сцепление с дорогой и могут двигать автомобиль.
В результате, весь крутящий момент от двигателя и коробки передач пойдёт на раскручивание единственного колеса, находящегося на льду. Остальные три колеса остановятся и не будут получать никакого крутящего момента от дифференциалов.
Основной целью блокировки дифференциала является передача необходимого крутящего момента обоим его потребителям (полуосям или карданам). Существуют принципиально разные методы решения данной задачи.
Полная (100%-я) ручная блокировка.
При таком типе блокировки, дифференциал фактически перестаёт выполнять свои функции и превращается в простую муфту, жестко связывающую полуоси (или карданы) между собой и передающую им одинаковый крутящий момент с одинаковой угловой скоростью. Для того, чтобы полностью заблокировать классический дифференциал, достаточно либо заблокировать возможность вращения сателлитов, либо жестко соединить между собой чашку дифференциала с одной из полуосей. Такая блокировка как правило реализована при помощи пневматического, электрического или гидравлического привода, управляемого водителем из салона автомобиля. Применяется как для мостовых, так и для межосевых дифференциалов. На картинке изображена схема блокировки компании ARB для мостового дифференциала, в которой блокируются сателлиты.
Включать подобного рода блокировки можно только при полностью остановленном автомобиле. Пользоваться ими надо крайне аккуратно, так как усилия мотора вполне достаточно чтобы «сорвать» механизм блокировки или поломать полуось. Применять такие блокировки желательно только на небольших скоростях для передвижения по труднопроходимой местности, так как при их применении в мостах (особенно в рулевых), автомобиль очень сильно теряет в управляемости. Как правило, жесткими блокировками мостовых и межосевых дифференциалов оборудуются полноценные рамные внедорожники, такие как Toyota Land Cruiser, 4Runner (Hilux Surf), Mercedes G-Class и. т. п.
Limited Slip Differentials — дифференциалы с ограниченным «проскальзыванием» (одной полуоси относительно другой).
Автоматическая блокировка с использованием
вискомуфты в качестве «Slip Limiter».
В этом случае применяется блокировка одной из полуосей с чашкой дифференциала. Вискомуфта монтируется соосно полуоси таким образом, что один её привод жестко крепится к чашке дифференциала, а другой — к полуоси. При нормальном движении угловые скорости вращения чашки и полуоси одинаковые, либо незначительно отличаются (в повороте). Соответственно, рабочие плоскости вискомуфты имеют такое же небольшое расхождение в угловых скоростях и муфта остаётся разомкнутой. Как только одна из осей начинает получать ощутимо больший момент и более высокую угловую скорость вращения относительно другой, в вискомуфте появляется трение и она начинает блокироваться. Причем, чем больше разница в скоростях, тем сильнее трение внутри вискомуфты и степень её блокировки. По мере увеличения степени блокировки вискомуфты и выравнивания угловых скоростей чашки и полуоси, трение внутри вискомуфты начинает падать, что ведёт к плавному размыканию вискомуфты и отключению блокировки. Данная схема применяется для межосевых дифференциалов, так как её конструкция слишком массивна для установки на мостовой редуктор. (Схема на картинке) Подобный механизм блокировки хорошо подходит для эксплуатации в условиях плохого дорожного покрытия, однако, в условиях настоящего бездорожья его способности далеко не выдающиеся: вискомуфта не справляется с постоянными сменами состояний сцепления мостов с грунтом, запаздывает при включении, перегревается и выходит из строя. Данный тип блокировки межосевого дифференциала можно встретить на «паркетных» внедорожниках: Toyota Rav4, Lexus RX300 и. т. п.
Кулачковые и зубчатые автоматические блокировки.
.jpg)
.jpg)
.jpg)
Принцип работы этих блокировок достаточно прост. Вместо классического шестеренчатого планетарного механизма используются кулачковые или зубчатые пары, которые при небольшой разнице в угловых скоростях полуосей имеют возможность взаимно проворачиваться (перескакивать), а при пробуксовке заклиниваются и блокируют полуоси друг с другом. Нетрудно себе представить, что происходит с автомобилем при срабатывании такой блокировки в повороте.
Некоторые экземпляры просто отключают одну из полуосей в момент возникновения небольшой разницы скоростей. Именно поэтому, штатно такими блокировками оборудуются только дифференциалы военной и специальной техники (БТР и. т. п.)
На картинках изображены (слева направо): кулачковая блокировка отечественного производства (БТР 60), Detroit Locker и Detroit E-Z Locker (компания Tractech).
Самоблокирующиеся дифференциалы.
.jpg)
Устройство таких дифференциалов довольно простое и принципиально ни чем не отличается от устройства обычного открытого дифференциала. Между полуосями и чашкой дифференциала добавлены комплекты блоков фрикционных пластин (которые помечены на картинке справа красными точками). Именно поэтому, подобные дифференциалы часто именуют «friction based LSD». Когда дифференциал пытается перераспределить крутящий момент на одну из полуосей и начинает возникать разница в угловых скоростях полуосей и чашки, пластины под действием силы трения сдерживают возникновение этой разницы. Разумеется, когда величина крутящего момента превосходит силу трения пластин, всё вращение передаётся на более легко вращаемую полуось. Такие блокировки работают в сравнительно небольшом диапазоне отношения моментов.
Довольно часто фрикционные блоки подпружинивают. Такие дифференциалы штатно устанавливаются в задний мост многих внедорожников — Toyota 4Runner (Hilux Surf), Nissan Terrano, Kia Sportage и. т. п. Американская компания ASHA Corp. пошла дальше, снабдив пакет фрикционов LSD дифференциала устройством блокировки, состоящего из насоса с поршнем (Героторный дифференциал). При возникновении разности в угловых скоростях полуоси и чашки насос нагнетает масло (жидкость) на поршень и сдавливает фрикционный блок, тем самым блокируя дифференциал. Данная конструкция получила название Gerodisk (Hydra-Lock) и штатно устанавливается на внедорожники Chrysler (на картинке слева). Практически для всех friction based дифференциалов необходимо применять специальное масло, которое содержит присадки, обеспечивающие нормальную работу фрикционных блоков.
Torque sensitive differentials.
.jpg)
.jpg)
.jpg)
Это одна из самых интересных, эффективных, технологичных и практически применяемых форм блокировки дифференциалов. Принцип работы основан на свойстве гипоидной пары «расклиниваться». В связи с этим, основные (или все) зацепления в таких дифференциалах гипоидные (червячные, или в простонародье — винтовые). Разновидностей конструкций не так уж и много — можно выделить три основных типа.
Первый тип производит компания Zexel Torsen. (T-1) Гипоидными парами являются шестерни ведущих полуосей и сателлиты. При этом каждая полуось имеет собственные сателлиты, которые парно связанны с сателлитами противоположной полуоси обычным прямозубым зацеплением. Следует отметить, что ось сателлита перпендикулярна полуоси. При нормальном движении и равенстве передаваемых на полуоси моментов, гипоидные пары «сателлит / ведущая шестерня» либо остановлены, либо проворачиваются, обеспечивая разницу угловых скоростей полуосей в повороте.
Как только дифференциал пытается отдать момент на одну из полуосей, то гипоидную пару этой полуоси начинает расклинивать и блокировать с чашкой дифференциала, что приводит к частичной блокировке дифференциала. Данная конструкция работает в самом большом диапазоне отношений крутящего момента — от 2.5/1 до 5.0/1, то есть является самой мощной в серии. Диапазон срабатывания регулируется углом наклона зубцов червяка.
Автором второго типа является англичанин Rod Quaife. В данном случае, оси сателлитов параллельны полуосям. Сателлиты расположены в своеобразных карманах чашки дифференциала. При этом парные сателлиты имеют не прямозубое зацепление, а образуют между собой еще одну гипоидную пару, которая расклиниваясь, так же участвует в процессе блокировки (на второй картинке). Подобное устройство имеет и дифференциал True Trac компании Tractech. Даже у нас в России появилось производство аналогичных дифференциалов под отечественные автомобили УАЗ и. т. д.
А вот компания Zexel Torsen в своём дифференциале T-2 предложила немного другую компоновку по сути, того же устройства (на картинке справа). Благодаря своей необычной конструкции, парные сателлиты соединены между собой со внешней стороны солнечных шестерней. По сравнению с первым типом, эти дифференциалы имеют меньший диапазон работы блокировки, однако они более чувствительны к разнице передаваемого момента и срабатывают раньше (начиная от 1.4/1). Компания Tractech недавно выпустила мостовой torque sensitive дифференциал Electrac, снабженный принудительной электроприводной блокировкой.
Третий тип производится компанией Zexel Torsen (Т-3) и используется в основном для межосевых дифференциалов. Планетарная структура конструкции позволяет сместить номинальное распределение момента в пользу одной из осей. Например, используемый на 4Раннере 4-го поколения дифференциал Т-3 имеет номинальное распределение момента 40/60 в пользу задней оси. Соответственно, смещен и весь диапазон работы частичной блокировки: от (front/rear) 53/47 до 29/71.
В целом, смещение номинального распределения момента между осями возможно в диапазоне от 65/35 до 35/65. Срабатывание частичной блокировки происходит при 20-30% разнице в передаваемых на оси моментах. Так же, подобная структура дифференциала делает его компактным, что в свою очередь, упрощает конструкцию и улучшает компоновку раздаточной коробки.
Вышеописанные torque sensitive дифференциалы очень популярны в автоспорте. Более того, многие производители устанавливают такие дифференциалы на свои модели штатно, как в качестве межосевых, так и межколёсных дифференциалов. Например, Тойота устанавливает такие дифференциалы как на легковые автомобили (Supra, Celica, Rav4, Lexus IS300, RX300 и. т. д), так и на внедорожники (4Runner / Hilux Surf, Land-Cruiser, Mega-Cruiser, Lexus GX470) и автобусы (Coaster Mini-Bus). Данные дифференциалы не требуют применения специальных присадок к маслу (в отличии от friction-based дифференциалов), однако лучше использовать качественное масло для нагруженных гипоидных передач.
Управление работой дифференциалов при помощи электронных систем контроля тормозных усилий (Traction Control и т. п.)
В современном автомобилестроении применяется всё больше и больше электронных систем контроля за движением автомобиля. Уже редко можно встретить автомобили, не оснащенные системой ABS (не дающей колёсам заблокироваться при торможении). Более того, уже с конца 80-х годов прошлого века передовые производители стали комплектовать свои флагманские модели системами контроля тяги и сцепления колёс — Traction Control. Например, Тойота установила систему Traction Control на Lexus LS400 в 1989 (90) году. Принцип работы такой системы прост: универсальные (так же обслуживают ABS) датчики вращения, установленные на контролируемых колёсах, фиксируют начало пробуксовки одного колеса оси относительно другого и система автоматически притормаживает забуксовавшее колесо, тем самым увеличивая на него нагрузку и вынуждая дифференциал отдать момент на колесо с хорошим сцеплением. При сильной пробуксовке, система так же может ограничивать подачу топлива в цилиндры. Работа такой системы очень эффективна, особенно на заднеприводных автомобилях. Как правило, при желании такую систему можно принудительно деактивировать кнопкой на приборной панели. Со временем, электронная система контроля тормозных усилий совершенствовалась и к ней добавлялись всё новые функции, работающие наряду с ABS и TRAC. (например управление разностью разблокировки рулевых колёс для более успешного прохождения поворотов). У всех производителей эти функции назывались по разному, однако смысл при этом оставался одинаковым. И вот, данные системы стали устанавливаться на полноприводные автомобили и внедорожники, причем в некоторых случаях они являются единственным средством контроля тяги и перераспределения крутящего момента между осями и колёсами (Mercedes ML, BMW X5). В случае, если внедорожник оснащен более серьёзными средствами распределения крутящего момента (жесткими блокировками и/или самоблокирующимися дифференциалами), то электронная система контроля тормозных усилий очень удачно дополняет эти средства. Хороший пример тому — великолепная управляемость и проходимость последнего поколения Тойотовских внедорожников 4Runner (Hilux Surf), Prado, Lexus GX470. Являясь представителями одной платформы, они обладают межосевым дифференциалом Torsen T-3 с возможностью жесткой блокировки, а так же электронной системой контроля тормозных усилий и тяги со множеством функций, помогающих водителю управлять автомобилем.