Принцип работы дифференциала повышенного трения - AUDI-TOGLIATTI.RU

Принцип работы дифференциала повышенного трения

Самоблоки: все, что вам нужно знать

Создание универсального механизма, идеально работающего в любых условиях, — голубая мечта каждого конструктора. Однако выверенное на бумаге решение на практике обязательно обрастает своими «но». Иногда случаются парадоксы: достоинство и главное предназначение узла в определенных условиях становятся его недостатками. Характерный пример — свободный дифференциал.

Ахиллесова пята

Для простоты понимания проблемы свободных дифференциалов, используемых на большинстве автомобилей, рассмотрим пример с их межколесными представителями — поскольку межосевые собратья на полноприводных машинах работают аналогично.

Межколесный дифференциал обеспечивает разность частот вращения ведущих колес в повороте. Это важно для борьбы с так называемым паразитным крутящим моментом и для сохранения управляемости автомобиля. Ведь в повороте внешнее колесо идет по более длинной дуге, нежели внутреннее, и при равенстве частот вращения неизбежна пробуксовка.

Схема работает гладко, пока одно из колес не теряет сцепление с дорогой. К примеру, когда правые колёса автомобиля стоят на асфальте, а левые — на льду. В силу своей конструкции обычный дифференциал имеет чрезмерную свободу. Стоящее на льду колесо будет беспомощно вращаться, а опирающееся на асфальт останется неподвижным.

Стремление решить проблему привело инженеров к созданию дифференциалов двух новых видов — с принудительной блокировкой и самоблокирующихся, повышенного трения (LSD, Limited-Slip Differential). Вторая группа получила большее распространение. Такие дифференциалы работают автономно и не требуют какого-либо внешнего привода. Их устанавливают серийно на многие спортивные легковые автомобили и кроссоверы. А можно самому приобрести и установить самоблок на свою машину. Самые ходовые — червячные (винтовые) и дисковые.

Дифференциалы LSD делятся на две группы по принципу действия: срабатывающие от изменения крутящего момента и от разницы угловых скоростей. Винтовые относятся к первой, а дисковые — ко второй.

Дискотека

Вариантов конструкции дисковых самоблоков масса, но основа их едина: в обычный свободный дифференциал добавлены два пакета фрикционных дисков, которые обеспечивают блокировку узла при пробуксовке одного из ведущих колес.

Каждый пакет расположен между корпусом дифференциала и одной из полуосевых шестерён. По конструкции он напоминает фрикционные муфты в автоматических коробках. Одна часть дисков в пакете находится в зацеплении с полуосевой шестерней, а другая — с корпусом дифференциала. При обычном движении автомобиля (например, в повороте) фрикционы разжаты и самоблок никак себя не проявляет: сателлиты обеспечивают разную частоту вращения колес. Но при пробуксовке одного из колес пакеты дисков сжимаются — и полуосевые шестерни обретают прямую связь с вращающимся корпусом дифференциала.

Основное сжатие дисков происходит за счет осевого смещения шестерней полуоси. Последние являются конусными, как и шестерни сателлитов. При передаче момента через такое зубчатое зацепление кроме центробежной силы возникает и осевая. Она стремится развести шестерни. Сателлиты закреплены на своих осях и не могут смещаться. Зато на это способны их полуосевые сёстры, ведь они подвижны на шлицах приводов колес. В результате расхождения к стенкам дифференциала шестерни сжимают свои пакеты фрикционов.

В некоторых самоблоках первоначальное поджатие фрикционов обеспечивает пружина между полуосевыми шестернями. В других вместо них использованы конические пружинные кольца, которые также создают определенный преднатяг. Есть конструкции с замысловатым центральным блоком (см. схему 1), в котором ось сателлитов при смещении, к примеру, во время резкого ускорения автомобиля разжимает большие полукольца — и они сдавливают пакеты фрикционов. Это происходит в дополнение к их сжатию полуосевыми шестернями при пробуксовке колеса.

Червоточина

Среди червячных самоблоков наибольшую известность получил дифференциал Torsen. Его название произошло от английского термина torque sensitive, «чувствительный к крутящему моменту». Такой дифференциал первого типа (Т1) был изобретен еще в 1958 году, тем не менее возможности этой конструкции по сей день остаются непревзойденными.

От свободного дифференциала конструкция Т1 отличается очень сильно. Роль привычных сателлитов играет замысловатая червячная передача, густо «наросшая» поверх полуосевых шестерен. Благодаря особенности своей работы она способна блокировать дифференциал. Дело в том, что червячная передача необратима: перенос момента возможен только от ведущего звена (червяк) к ведомому (полуосевая шестерня). То есть при пробуксовке колеса его полуосевая шестерня не сможет провернуть червяк из-за больших сил трения.

В корпусе Торсена Т1 закреплено три пары поперечных червяков (сателлитов), которые соединены между собой отдельными прямозубыми шестернями, расположенными по краям их осей. Одновременно каждый парный червяк находится в зацеплении со своей полуосевой шестерней. При движении автомобиля в повороте вся эта красота работает подобно сателлитам свободного дифференциала, обеспечивая необходимую разность частот вращения колес. Но как только момент на одном из колес меняется из-за потери сцепления с дорогой, червячная передача блокируется. Причем дело даже не доходит до физической пробуксовки «слабого» колеса.

Torsen второго типа (T2) устроен проще. Похожий принцип работы имеет самоблокирующийся дифференциал Quaife, запатентованный в 1965 году. Одна из вариаций подобной конструкции показана на схеме 3. Два ряда винтовых сателлитов расположены продольно в корпусе дифференциала. Каждый из них находится в зацеплении со своей осевой шестерней. При этом сателлиты из разных рядов также соединены попарно. По архитектуре и принципу действия эта конструкция напоминает червячную передачу в Торсене Т1, но с продольным расположением. В зависимости от модели такого самоблока, в нем может быть от трех до пяти пар сателлитов.

При движении автомобиля в повороте продольный пакет сателлитов работает так же, как его сородичи в обычном дифференциале. При пробуксовке колеса в винтовых зацеплениях возникают осевые и радиальные силы. Они как бы распирают полуосевые шестерни и их сателлиты, прижимая их торцами к корпусу дифференциала. В отличие от схемы Т1, у Т2 червяки не закреплены на отдельных осях, а стоят в подобии колодцев. В итоге возникает целый ряд пар трения. Во‑первых, это полуосевые шестерни и стенки дифференциала, а во‑вторых — сателлиты и их колодцы. Причем червяки распирает в них так, что они контактируют со стенками в продольном и поперечном направлениях. Все эти силы трения суммарно блокируют дифференциал.

На своем месте

Подбор самоблока зависит от режима эксплуатации машины. Если это обычная повсе­дневная езда и любительские соревнования в различных дисциплинах, то первым делом нужно изучить все существующие модификации автомобиля. Возможно, что некоторые версии получают LSD на заводском конвейере, но не поставляются на наш рынок. В этом случае можно заказать самоблок по каталогу или поискать бывший в употреблении. Лучше брать новый: это дороже, но будет уверенность, что он встанет на автомобиль как родной. Еще важнее другое: производитель тестировал машину с таким дифференциалом, подбирал его вид (дисковый или винтовой) и характеристики, чтобы по-настоящему раскрыть потенциал машины.

Случаются парадоксы: достоинство узла в определенных условиях становится его недостатком

Если заводского варианта нет, то предпочтительнее взять винтовой дифференциал типа Torsen T2/Quaife. Он проще и значительно дешевле версии T1, но при этом не сильно отстает по характеристикам. Аналогичные дифференциалы предлагает масса других производителей. Среди достоинств такого самоблока — быстрое, но мягкое и прогнозируемое срабатывание, широкий диапазон изменения момента на колесах, внушительный ресурс и надежность. При подборе дифференциала рекомендуется ограничиться преднатягом до 7 кг. Иначе его ресурс будет заметно ниже из-за повышенного износа внутренних элементов — без получения заметных ездовых дивидендов.

Если же нужна подготовка под професси­ональный уровень соревнований на бездорожье и треке, лучше выбрать дисковый самоблок. Рынок предлагает много подобных узлов. Частенько такие самоблоки имеют преднатяг от 10 кг. Благодаря этому они отлично работают в условиях соревнований — но при этом крайне непрактичны в повседневной езде, так как блокируются слишком рано и жестко. Дисковые дифференциалы проще переваривают высокую степень преднатяга, однако она достаточно быстро проседает. Для ее восстановления потребуется снятие и полная разборка узла.

КЛАССОВОЕ ДЕЛЕНИЕ

Коэффициент блокировки (КБ) — одна из двух основных характеристик самоблокирующегося дифференциала. КБ характеризует соотношение моментов на отстающем колесе (имеет хорошее сцепление с дорогой) и на забегающем (потеряло сцепление). Для свободного межколесного дифференциала он равен единице — дифференциал всегда делит крутящий момент между осями поровну. Для самоблоков КБ обычно составляет от 1 до 5. То есть при наивысшем коэффициенте такой дифференциал может реализовать на отстающем колесе в пять раз больше крутящего момента, чем на забегающем.

Некоторые производители указывают КБ в процентах. Если конкретный дифференциал имеет коэффициент 30%, то он может передать максимум 65% момента на колесо с лучшим сцеплением (стандартные 50% плюс 30% от оставшейся половины, то есть еще 15%). Если КБ равен 70%, то этому колесу достанется до 85% усилия (50% + 35%).

КБ зависит от конструктивных особенностей дифференциала. Для червячных (винтовых) узлов это в первую очередь угол нарезки зубьев на шестернях, а для дисковых — конфигурация фрикционов.

Другая важная характеристика дифференциала — преднатяг. Чем он больше, тем значительнее первоначальный момент внутреннего трения в узле. В основном он зависит от тех же особенностей, что и КБ. Однако современные самоблоки всё чаще имеют в своей схеме регулировочные шайбы. Они стоят между полуосевыми шестернями и дополнительно их распирают, увеличивая преднатяг, который можно подгонять под любые условия эксплуатации.

Читайте также  Ароматизатор KRAFT Спрей Черный лед KT 833041

Дополнительный плюс конструкции с шайбами — возможность продлить жизнь дифференциала. Со временем неизбежен износ зубьев червяков и фрикционных дисков, который снижает преднатяг и эффективность работы узла. Замена пружинных конических шайб, которые тоже ослабевают, вновь взбодрит самоблок, если подобрать необходимое количество шайб и их толщину. Важно учитывать, что увеличенный преднатяг всегда повышает нагрузку на любой дифференциал, что неизбежно усиливает его износ и сокращает ресурс.

Устройство и принцип работы дифференциала Torsen

Дифференциал Торсен (Torsen) – это разновидность самоблокирующегося червячного дифференциала повышенного трения. Как и любой другой дифференциал, он предназначен для распределения крутящего момента между ведущими колесами либо между ведущими мостами. Название механизма происходит от словосочетания Torque Sensing, что переводится как «чувствительный к крутящему моменту». Рассмотрим принцип работы, основные компоненты, а также плюсы и минусы данного устройства трансмиссии разных поколений.

  1. Принцип работы
  2. Устройство и основные компоненты
  3. Поколения дифференциала Torsen
  4. Преимущества и недостатки
  5. Применение

Принцип работы

Торсен является червячным самоблокирующимся дифференциалом. Это означает, что автоматическая блокировка дифференциала происходит при разности крутящих моментов на корпусе механического устройства и его на приводном вале. Сам дифференциал состоит из ведомых и ведущих червячных шестерен, которые называют “полуосевыми” и “сателлитами” соответственно. Червячная шестерня имеет одну особенность: она не вращается от других шестерен, однако сама может приводить во вращение другие шестерни. Это свойство (расклинивание) позволяет частично блокировать дифференциал.

Если колеса автомобиля имеют хорошее сцепление с дорожным покрытием и движутся плавно, то крутящий момент между осями распределяется в равных отношениях. При резком увеличении крутящего момента ведущие червячные шестерни пытаются начать движение в противоположную сторону. Ведомые шестерни перегружаются, блокируются выходные валы, а лишний крутящий момент от двигателя машины передается на другую ось.

Межколесный самоблокирующийся червячный дифференциал включается в работу при проскальзывании одного из колес. При пробуксовке падает крутящий момент на одном колесе, Торсен блокируется и передает крутящий момент от двигателя машины на другое колесо. Блокировка буксующего колеса при этом является частичной, а степень блокировки зависит от того, насколько сильно уменьшилась величина крутящего момента.

Самоблокирующийся дифференциал Torsen может максимально перераспределить крутящий момент до соотношения 7:1 (86%:14%).

Устройство и основные компоненты

Рассмотрим, из каких основных элементов состоит Торсен:

  • Корпус (другое название: “чашка дифференциала”). Он передает крутящий момент от главной передачи на полуосевые шестерни через сателлиты. На нем крепится ведомая шестерня главной передачи. Внутри чашки дифференциала имеются оси, на которых установлены сателлиты.
  • Правая и левая полуосевые шестерни (другое название: “солнечные шестерни”). Они передают крутящий момент на оси/полуоси через шлицевое соединение.
  • Сателлиты правой и левой полуосевых шестерен. Соединяют чашку дифференциала и полуосевые шестерни. Торсен имеет в своей конструкции четыре сателлита.
  • Выходные валы.

Схема дифференциала Torsen в трансмиссии автомобиля Audi Quattro

Отметим, что данная разновидность самоблокирующегося дифференциала обладает наиболее совершенной конструкцией.

Поколения дифференциала Torsen

Самоблокирующийся дифференциал Torsen имеет три поколения:

  • T-1 – первое поколение самоблокирующегося устройства распределения крутящего момента. В нем в качестве червячных пар выступают сателлиты и шестерни ведущих полуосей. Сателлиты полуосей связаны прямозубым зацеплением. Оси сателлитов перпендикулярны полуосям. Межколесный дифференциал Торсен первого поколения позволяет колесам автомобиля вращаться с различной скоростью. При проскальзывании колеса механизм пытается передать большую часть мощности двигателя автомобиля на другую полуось, после чего червячная пара этой полуоси расклинивается. При этом сила трения, которая возникает в червячном зацеплении из-за разности величин крутящих моментов на колесах, блокирует дифференциал. Первое поколение дифференциала Torsen самое мощное из всех конструкций в своем классе.
  • T-2 – второе поколение устройства. Главные отличия от первого поколения: оси сателлитов здесь расположены вдоль полуосей; сами сателлиты расположены в специальных карманах корпуса дифференциала; участвующие в процессе блокировки механизма при расклинивании шестерни парных сателлитов – косозубые.
  • T-3 – третье поколение дифференциала. Имеет планетарную конструкцию. Третье поколение Торсен используется, в основном, в качестве межосевого дифференциала на автомобилях, имеющих полный привод. Механизм имеет компактные габариты в связи с тем, что ведущая шестерня и оси сателлитов расположены в конструкции параллельно.

Преимущества и недостатки

Начнем с достоинств дифференциала Torsen:

  • высокая точность работы;
  • плавность работы;
  • низкий уровень шума при работе;
  • распределение мощности двигателя автомобиля между колесами или ведущими мостами происходит автоматически и не требует участия водителя;
  • мгновенное перераспределение крутящего момента не влияет на процесс торможения;
  • при корректной эксплуатации практически не нуждается в обслуживании (необходимы лишь контроль уровня трансмиссионного масла и его своевременная замена).

Недостатки дифференциала Торсен:

  • высокая стоимость из-за сложности изготовления и сборки механизма;
  • увеличение расхода топлива из-за потерь на трение элементов механического устройства;
  • сравнительно низкий КПД;
  • предрасположенность к заклиниванию;
  • высокий износ нагруженных элементов;
  • механизм требует особые смазочные материалы из-за значительного тепловыделения при работе;
  • ускоренный износ деталей при использовании колес одной оси с разными характеристиками (например, при установке запасного колеса, отличающегося от установленных колес).

Применение

Самоблокирующийся дифференциал Torsen используют как в качестве межколесных, так и в качестве межосевых устройств распределения крутящего момента. Широкую известность получил дифференциал Torsen Audi Quattro. В современных полноприводных автомобилях данное механическое устройство устанавливается довольно часто. Отметим, что межосевой дифференциал Torsen используется практически на всех автомобилях Hummer.

Популярность устройства распределения крутящего момента Торсен обусловлена отсутствием связи с какой-либо электроникой или муфтами. Данный элемент трансмиссии – это сравнительно простой механизм, отличающийся мгновенным срабатыванием и отсутствием негативного влияния на процесс торможения. Именно поэтому дифференциал данного типа используют в своих автомобилях ведущие автопроизводители.

Многообразие дифференциальной теории «на пальцах»

Блокировки дифференциалов используют для повышения вездеходности более 80 лет и, несмотря на все достижения прогресса, настоящий внедорожник без них не обходится.

Еще в начале 30-х не кто иной, как Фердинанд Порше, вел исследования по части блокировок, а чуть позже организованная им компания ZF (Zahnradfabrik – завод зубчатых колес) комплектовала Volkswagen Type B70 первым в мире кулачковым дифференциалом.

Сегодня в арсенале производителей масса различных конструкций, которые они штатно или опционно устанавливают на свои автомобили 4х4.

Нужно сразу разделить два принципиально разных подхода к блокировке дифференциала. Первый – применение «самоблоков», которые способны без привода или управления извне переносить крутящий момент с буксующего колеса на то, у которого лучше сцепление с дорогой, то есть «замыкаться». На самом деле полной, стопроцентной блокировки в их промышленных видах нет, и потому корректно называть их дифференциалами повышенного трения. Именно такой и изобрел Порше в 1932 году. Однако существуют и конструкции, умеющие самостоятельно замыкаться полностью. Производят их небольшие компании. Таков, например, шариковый дифференциал Красикова – устройство, безусловно, полезное на внедорожной трассе. Но мы в этот раз поговорим только о разработках с известным ресурсом, которые производители ставят на автомобили серийно.

Второй подход предполагает блокировку дифференциалов извне. При помощи механики, электрики или пневматики дифференциалы жестко соединяют две свои половинки для вращения вместе. Управлять процессом может как водитель, так и автоматика.

Еще одно принципиальное различие – если межколесные дифференциалы обычно работают симметрично, то среди межосевых дифференциалов есть как симметричные, так и несимметричные, раздающие момент вперед и назад не поровну. Цели и области применения у них разные. Симметричные, как правило, атрибут внедорожника, которому важно просто выдать максимум момента к тому или иному колесу. Несимметричные – удел спортивных кроссоверов: им дисбаланс при сохранении привода на все колеса придает заднеприводный характер в вираже и тем самым повышает управляемость.

Среди разнообразных более-менее сложных конструкций существуют поистине уникальные системы, как, например, управляющие «разнотягом» задних колес устройства AYC Mitsubishi и SH-AWD Honda, DPC BMW.

С ПОВЫШЕННЫМ ТРЕНИЕМ
На сегодняшний день наиболее распространен винтовой, или червячный, дифференциал, в котором распределением момента между половинками заведуют пары косозубых шестерен. Степень их блокировки зависит от трения в косозубом зацеплении и от трения торцов шестерен о корпус дифференциала. Варьировать характеристики можно, изменяя угол зубьев, но в любом случае степень блокировки, обеспечиваемая такими конструкциями, по вездеходным меркам эфемерна. К таким системам относятся Torsen и Quaife. Благодаря мягкому, неполному срабатыванию и возможности создать несимметрично работающую конструкцию эти дифференциалы, как правило, применяют в качестве межосевых (Audi Q7 с распределением момента 40:60). Кстати, главный плюс Torsen – высочайшая надежность.

Другой вариант дифференциалов повышенного трения – многодисковые конструкции, в которых пакет «мокрого» сцепления, соединяющий две полуоси, близок по конструкции к аналогичному в обычном «автомате». Характеристика срабатывания и степень блокировки здесь определяется тем, каким образом сжимались эти диски. Самый простой дифференциал повышенного трения устанавливали на старый Grand Cherokee – там пакет дисков был просто подпружинен с постоянным усилием. То есть дифференциал был все время немного «поджат», а в случае пробуксовки одного колеса он передавал какую-то часть момента на другое. Плюс – простота конструкции, минус – линейность характеристики сжатия определяла узкий диапазон действительной работы дифференциала. Проще говоря, на серьезном бездорожье муфта просто буксовала и полноприводность получалась условная.

Читайте также  Делаем реснички на фары

В более продвинутых системах в качестве рабочей жидкости для пакета фрикционов использовались силиконовые смазки, повышающие трение при нагреве. Но и они скорее для полноприводных «спортсменов», чем для полноценных внедорожников, хотя именно такие конструкции установлены в заднем мосту Mitsubishi Pajero и Nissan Patrol. Дифференциал с виско-муфтой довольно часто применяли в качестве межосевого — например, на Subaru Impresa, Legasy, Forester с механической коробкой, а впервые его серийно установили на AMC Eagle. Еще одна ветвь, порожденная виско-муфтами, – конструкции, в которых она вообще полностью заменила межосевой дифференциал. Такова знаменитая трансмиссия Syncro полноприводных Volkswagen последней трети ХХ века.

Гарантированно блокирующимся стал многодисковый дифференциал с гидророторным насосом. Тут уже дело не ограничилось свойствами масла или натягом пружины. Насос был прикреплен к одной стороне дифференциала, а приводился от другой. Работать он начинал, когда создавалась разница вращения правого и левого колес, а выработанное давление, в зависимости от степени пробуксовки, больше или меньше сжимало диски. Конструкция хоть и не стопроцентно надежная, зато гораздо более вездеходная, чем все предыдущие варианты. Из минусов ее – довольно резкое срабатывание и, увы, не слишком большой ресурс. Тем не менее на Grand Cherokee WJ 1999 года именно такой дифференциал установлен в качестве межосевого.

Армейская крайность «самоблоков» – кулачковые, или сухариковые, дифференциалы повышенного трения. Этот вид «самоблоков» можно считать самым древним, а представляют они собой абсолютно механическую систему, в которой замыкание половин дифференциала происходит посредством трения поперечных сухарей по выступам боковых муфт – кулачкам. Это довольно грубая, но надежная конструкция, хорошо работающая в приводах медленных тяжелых машин с большими колесами, но имеющая два недостатка – высокую сложность изготовления и огромные потери мощности внутри самого устройства. Такие дифференциалы массово устанавливали на большую часть советской армейской техники, от ГАЗ-66 и «Уралов» до БТР.

УПРАВЛЯЕМЫЕ ИЗВНЕ
Вторая группа блокируемых дифференциалов – те, что механически (электрически, пневматически) намертво соединяют левую половину моста с правой. С ними все более-менее просто и понятно: к мосту присоединен какой-либо привод, внутри – скользящая муфта наподобие тех, что включают передачи в коробке, – и тяга жестко распределена между колесами в соотношении 50 на 50. Причем если раньше для блокирования требовалась полная остановка, то сегодня подавляющее большинство конструкций отлично блокируются и на ходу, при скоростях до 40–50 км/ч.

Именно они лучше всего подходят для бездорожья, наиболее надежны и безальтернативны для машин, владельцы которых готовы покорять направления, но… О том, что заблокированный дифференциал может быть не только полезен, но и вреден, хорошо знают обладатели внедорожников с механической блокировкой. В грязи такая машина, разумеется, значительно лучше «гребет» колесами, но теряет в управляемости. А на твердом покрытии движение в заблокированном режиме вообще чревато поломками и все той же неважной управляемостью – машина стремится выпрямить траекторию, неохотно заходит в поворот. Следовательно, нужно непрерывно включать-выключать блокировки, а еще лучше – дозировать тягу на каждое колесо в зависимости от его сцепления с дорогой. Поэтому теперь мы поговорим не о жестко блокируемых системах, а о дальнейшем развитии самоблокирующихся устройств из предыдущей главы.

Большую часть проблем, связанных с задержками срабатывания, степенью блокировки и, главное, безошибочностью моментов включения-отключения, удалось решить тогда, когда для рядового автомобиля стали доступными электронные системы борьбы с буксованием. Алгоритм их работы прост: датчик вращения колеса (тот же самый, что обслуживает ABS) служит информатором о наличии-отсутствии пробуксовок, а исполнительные механизмы так или иначе оперируют тягой.

Наиболее пригодными для воздействия электроники, разумеется, получились многодисковые муфты, породив обширное семейство электронно-управляемых систем. Причем скорость их реагирования позволяет столь тонко дозировать тягу на половинках дифференциала, что автомобиль способен мгновенно приспосабливаться к меняющимся условиям движения. Для межосевого дифференциала это дает возможность перебрасывать часть момента с оси на ось для уверенного трогания или придания автомобилю большей заднеприводности в повороте. Межколесные получили еще больше полномочий – теперь они могут даже корректировать курс на ходу.

Подобные системы установлены в трансмиссиях заряженных версий М BMW X5 и X6. Помимо регулируемого несимметричного межосевого (40 на 60% в спокойном режиме), в заднем мосту здесь установлен активный дифференциал DPC с двумя пакетами фрикционов и двумя планетарными механизмами. В повороте фрикционы внешнего колеса сжимаются, увеличивая тягу на нем. Вкупе с перераспределением момента в пользу задних колес это дает сильный эффект доворота машины без поворота руля. Разумеется, комфортность и универсальность такой системы полностью зависит от тонкостей прописанных программ, но и открывает перед владельцем даже некоторую возможность индивидуальной настройки персонального автомобиля в сторону «зажигательности» или, наоборот, безопасности.

Наряду с подобными устройствами те же функции могут быть с успехом реализованы штатной противобуксовочной системой, тормозящей свободное колесо и через стандартный свободный дифференциал отсылающей момент к противоположному. По сути это типовая работа системы стабилизации ESP, перепрограммированная для условий плохой дороги и низких скоростей. И здесь главное – быстродействие, а также точность программы. Подобные «псевдоблоки» способны даже кроссоверам придать достаточно высокую проходимость. К примеру, работу системы контроля тяги ETC стандартного М-класса на бездорожье можно отличить от честно заблокированного аналога со внедорожным пакетом лишь по треску насоса ABS. Разумеется, для длительных силовых упражнений такой вариант не слишком хорош – немного теряется тяга, насос ABS перегревается, да и колодки изнашиваются, но эпизодическое бездорожье подобная электроника побеждает триумфально. Поскольку эффективность подобных систем с годами растет, а стоимость падает, они все больше вытесняют с рынка иные, механически более сложные устройства. Последним приходится довольствоваться нишей автоспорта или полноценных внедорожников.

Сегодня процессы самоблокировки в большинстве дифференциалов столь скоротечны и плавны, что зачастую даже продвинутый водитель не в состоянии отличить, сработал у него «самоблок», принудительная блокировка или это электроника стабилизации помогла не буксовать. Будущее систем перераспределения тяги видится в поголовном господстве противобуксовочных систем для массового автомобиля и полноценных «железных» блокировок для настоящего, бескомпромиссного офф-роуда.

Дифференциалы повышенного трения

Устройство, которое распределяет поток мощности от двигателя до других элементов трансмиссии, называется дифференциалом повышенного трения. Для автомобилей с приводом на одну ось используют всего один дифференциал – межколесный, а в полноприводных таких дифференциалов целых три – два межколесных и межосевой.

Классический дифференциал повышенного трения.
Его устанавливают в картерах главных передач, и получается крутящий момент от ведомой шестерни. В самом корпусе дифференциала располагаются сателлиты – конические шестерни, которые крепятся с шестернями и соединены с полуосями, которые, в свою очередь, отвечают за вращение ведомых колес. При движении по хорошей ровной дороге угловые скорости ведущих колес являются одинаковыми, что не вызывает движения сателлитов вокруг своей оси. В случае, когда колеса поворачиваются или происходит движение по неровностям, начинают свое вращение сателлиты, и получается перераспределение крутящего момента. Какой дифференциал повышенного трения лучше для автомобиля? Какой дифференциал выбрать зависит от индивидуальных условий эксплуатации автомобиля.

Принудительная блокировка.
На автомобилях, которые предназначены для движения по бездорожью, устанавливаются дифференциалы со специальными конструкциями. Довольно часто используют дифференциалы с так называемой, принудительной блокировкой. Благодаря специальному приводу в них на время останавливается вращение сателлитов, а колеса автомобиля начнут вращение с одинаковой скоростью. Стоит сказать, что машина с заблокированным дифференциалом на непрямой дороге будет расходовать больше топлива, а также будет интенсивный износ шин, что, в свою очередь, влечет за собой цену эксплуатации автомобиля, что может повлиять на цену такси в Москве.

Самоблокирующиеся дифференциалы.
Для того, чтобы упростить процесс управления, используют самоблокирующиеся дифференциалы. На сегодняшний день, в основном, используется четыре вида таких блокировок: дисковая (фрикционная, повышенного трения), вязкостная (вискомуфты) и винтовая (червячная). В наиболее современных разработках идет использование электронных систем контроля проскальзывания колес, которые основаны на том, что применяется система датчиков вращения и используются штатные тормоза.

Дисковая блокировка.
Дифференциалы с фрикционными муфтами бывают двух наиболее выделяющихся конструкций. В первом из них применяется одна муфта, а во втором – две.
Если сателлиты не вращаются, то усилие к полуосям будет передано как в простом дифференциале.

Вязкостная блокировка.
Принцип действия такой блокировки схож с дисковой. Вся гидравлическая муфта выполнена из большого числа дисков, у которых липкие рабочие поверхности. Благодаря тому, что эта жидкость особо вязкая на силиконовой основе она может отвердевать, когда диски нагреваются, от них передается крутящий момент в зависимости от того, какие частоты вращения входных и выходных валов. Если одна полуось начинает вращаться быстрее, чем другая, происходит нагрев.
Особенность конструкции состоит в том, что если колесо долго буксует, блокирующая муфта с вязкой жидкостью работает сначала мягко, а после эффективность блокировки возрастает.

Винтовая блокировка.
Она действует так: винты в обычном режиме спокойно обкатываются вокруг центральной шестерни. Если момент изменяется, винты проходят в крайнее положение и крепятся в эксцентричных пазах.
Кулачковая блокировка.
Эта блокировка начинает свою работу, когда возникает разность в скорости вращения колес.

Межколесный дифференциал.
Управление автомобилем, который оборудован самоблокирующимся межколесным дифференциалом, который блокируется сам, имеет свои особенности. Например, автомобиль при повороте на скользкой дороге, может создавать избыточную поворачиваемость, а при сильном разгоне на смешанном покрытии можно уйти в сторону от нужного направления.

Читайте также  Почему скрипят дворники по стеклу?

Межосевой дифференциал и его блокировки.
Когда отсутствует межосевое разделение мощности нужно отключить передний мост, для того, чтобы произошло вращение передних и задних колес с разными угловыми скоростями.
Вообще на то, что колеса меняют свой путь, могут влиять разные факторы: углы увода шин, их скольжение, нагрузка на колеса, давление воздуха. Понятно, что соотношение между путями, которые проходят колеса переднего и заднего мостов, тоже будет меняться при движении.
Водитель может воспользоваться блокировкой для того, чтобы преодолеть труднопроходимый участок дороги, когда же он вернется на шоссе нужно снять блокировку межосевого дифференциала. В настоящее время, кроме механического, могут применяться и другие виды приводов (электрический, пневматический, гидравлический), а процесс включения состоит лишь в простом нажатии кнопки на панели.

Самоблокирующиеся межосевые дифференциалы.

По принципу работы они похожи с межколесными, но, однако, есть отличия в их условиях и задачах. Например, когда автомобиль поворачивает, относительно корпуса дифференциала забегающим всегда будет вал, который является передающим моментом на управляемой оси, такая кинематика поворота машины четырьмя ведущими колесами. Из этого следует, что коэффициент блокировки, при забегании приводного вала управляемого моста, лучше иметь невысоким, а при забегании (буксовании) неуправляемого моста больше – это и есть самоблокирующийся дифференциал с несимметричными блокирующими свойствами.
Дифференциал, который может автоматически блокироваться гидравлической муфтой с вязкой жидкостью, очень сильно может реагировать на поверхность дороги, обеспечивая более ровную скорость машины, к тому же вероятность застревания становится меньше. Когда автомобиль тормозит, такой межосевой дифференциал останавливает блокирование колеса одного моста относительно другого колеса, которое может привести к потере устойчивости.

Подключаемый передний мост.
У многих производителей различных внедорожников является нормой использование схемы с подключаемым передним мостом. В таких случаях межосевого дифференциала, обычно нет, а в полноприводном режиме между мостами установится жесткая кинематическая связь. Тогда производитель порекомендует включать передний мост исключительно в тяжелых условиях дороги, когда возникает возможность пробуксовки.

Преднатяг дифференциала

Дифференциал — это механическое устройство, узел трансмиссии автомобилей, которое выполняет следующую функцию — принимает мощность вращения и разделяет ее на 2 дифференциально связанных потока.

Что такое преднатяг дифференциала

Дифференциал автомобиля занимается распределением крутящего момента с ведущего вала на правое и левое полуоси. Состоит дифференциал из 4-х конических шестеренок. По габаритам не большой. Если колеса крутятся с одинаковой нагрузкой, то дифференциал распределяет силу вращения пополам (50:50).

Если одно колесо наехало, например, на лед, то дифференциал на одно колесо дает большую вращательную силу, а на другую — меньшую. То колесо, которое на льду, получает повышенную угловую скорость и станет ведущим, а то колесо, которое крутится по асфальту — перестанет получать вращательную скорость и станет ведомым. Из-за этого, то, что момент вращения передается только на одно колесо, причем на то, которое находится (в данном случае) на льду, управление и проходимость автомобилем сильно ухудшается. Но, для сохранения управляемости и проходимости, ведущим колесо должно было стать то колесо, которое на асфальте. Чтобы избежать такого ненужного эффекта, было изобретено устройство — автоматический дифференциал повышенного трения.

Самоблокирующиеся дифференциалы

Механизм повышенного трения — это многодисковый дифференциал, вискомуфта, самоблокирующийся дифференциал «Квайф» и «Торсен» осуществляет частичную блокировку автоматически, без переключения рукоятки водителем.

Отличие автоматического дифференциала от симметричного в том, что автоматический самоблокирующийся имеет пружинный пакет фрикционных дисков.

Состоит автодифференциал из:

  • ведомые червячные (полуосевые) шестерни;
  • ведущие червячные (саттелиты) шестерни.

Оси сателлиты и полуосей параллельны друг другу. Если одно колесо, допустим правое, начинает вращаться медленнее, чем колесо напротив, то, соответственно, и полуось с шестерней вращается медленнее и вращает с такой же угловой скоростью сателлит 2. Сателлит 2 передает вращение сателлиту 3. Сателлит 3 передает вращение шестеренке полуоси 4. В результате — разные угловые скорости колес на повороте.

Из-за того, что крутящие моменты в винтовом зацеплении разные, появляются осевые и радиальные силы, которые прижимают шестерни 1 и 4, сателлиты 2 и 3 торцами к крышке дифференциала. Червячные сателлиты 2 и 3 прижимаются к поверхностям отверстий, в которых они сидят. Благодаря образующимся при этом силам, происходит блокировка полуосей. Насколько сильно заблокируется полуось, определяется коэффициентом блокировки.

Характеристики дифференциала самоблока:

  • коэффициент блокировки дифференциала в % (КБД) (зависит от наклона зубьев, если винтообразный, или, если это диск, то углом чашки);
  • преднатяг блокировки в кг (это статическое сопротивление между 2 полуосями).

КБД — это отношение моментов сил отстающего к забегающему, то есть крутящий момент отстающего колеса делим на крутящий момент колеса, которое быстрее вращается.

Преимущества самоблокирующегося дифференциала:

  1. Водителю не требуется самому включать самоблок дифференциала, все происходит автоматически.
  2. Устраняет пробуксовку при разных значения сцепления колес.
  3. Улучшает проходимость и динамику управления автомобилей на разных дорогах.
  4. Эффективность разгона возрастает на разных дорожных покрытиях.
  5. Детали самоблокирующегося и обычного дифференциалов взаимозаменяемы.
  6. Какая-либо полуось не сломается, потому что нет полной блокировки колес.
  7. Отключение, то есть разблокировка осуществляется путем сброса педали газа.

Самоблокирующиеся винтовые дифференциалы эффективно подходят для обычного автомобиля. Такие устройства надежные. Рабочий эксплуатационный ресурс винтовых самоблоков такой же, как и у коробок переключения передач (КПП). Они плавно активируются и дезактивируются.

Симметричные дифференциалы

Чем больше величина коэффициента блокировки, тем лучше проходимость. А во время движения по ровной дороге по асфальту большой коэффициент наоборот ухудшает управление и динамику транспортного средства, потому что момент отстающего колеса момент в несколько раз больше, что способствует выталкиванию машины из поворота. В таком случае идет повышенный износ резины из-за пробуксовок, идет нагрузка на узлы привода, уменьшается коэффициент полезного действия и увеличивается расход топлива.

Преднатяг дифференциала — это, своего рода, взаимная уступка между комфортом управления и тяговой мощностью автомобиля.

А вы знаете, где находится номер двигателя в вашем автомобиле? В некоторых марках и моделях, он выбит в месте соединения мотора и коробки.

Как устанавливается преднатяг

Регулировка преднатяга осуществляется путем установки пакета специальных пружинных шайб, которые распирают шестеренки внутри блокировки. Полный пакет таких спецшайб, сложенные все вместе составляют толщину 1 см, но все шайбы по толщине разные, чтобы можно было регулировать момент.

Чтобы отрегулировать преднатяг, потребуется:

  • динамометрический ключ стрелочный (ключ с щелчками не подходит, его придется долго настраивать);
  • самодельная спецдеталь, сделанная из простой внутренней гранаты (обрезан и к нему приварен болт) — смотрите ниже на видео;
  • комплект пружинных шайб (колечки);

Порядок регулировки преднатяга:

  1. Разобрать дифференциал блокировки (запоминаем последовательность). После снятия крышки вытаскиваем шнековую шестеренку полуоси; за ней идет узкая шестеренка с большим внутренним отверстием, но который имеет бортик; затем идут те самые регулировочные пружинные шайбы. Можно вытащить шнековые сателлиты (сами преднатяги), чтобы проверить какой у них износ.
  2. Установить новые шайбы.
  3. Собрать.
  4. Динамометрическим ключом и специальной самодельной деталью определяем момент затяжки. Когда ключ начинает проворачивать — в этот момент стрелка показывает момент натяга.

В этом видео рассмотрен вариант регулировки шайбами блокировки авто ВАЗ 2108.

Преднатяг до 5 кг не сплющивает до плоского состояния шайбы, такой момент натяжки считается ресурсным. Блокировка с натягом до 5 кг поможет сильно не терять своих характеристик около 4 лет. Любая блокировка с натягом в первые пару месяцев теряет около 1 кг натяга.

Специалисты рекомендуют делать для переднего дифференциала с самоблокировкой преднатяг не больше 5 кг, а для заднего дифференциала — не больше 7 кг. При максимальной величине, например, в 9 кг, все пружинные шайбы будут уже прижаты и эффект пружин будет потерян.

Как выбрать преднатяг дифференциала

Можно установить преднатяг от 5 до 11-12, но это максимальные значения устанавливают для спортивных автомобилей. Среднее значение 7-8 кг.

Чем выше установленное значение, тем раньше и быстрее срабатывает дифференциал. Это очень удобно во время управления по бездорожью, но довольно опасно во время езды на хорошей дороге. Это важно, если в автомобиле установлена самоблокировка в передний мост, так как это может привести к ненужному рывку на руле.

Если вы эксплуатируете автомобиль большую часть времени по бездорожью, то установленный больший преднатяг дифференциала отлично будет помогать преодолевать дорожные препятствия.

Если, в основном, эксплуатация автомобиля проходит по, относительно, хорошим дорогам, то надо устанавливать предварительный натяг поменьше.

Выбор варианта дифференциала для Лады Гранта. Со штатным дифференциалом поднятое домкратом колесо вращается, которое на земле стоит. С новым самоблокирующимся дифференциалом Val-Racing с установленным натягом 6 кг поддомкраченный автомобиль поехал, так как колесо, которое на асфальте тоже вращается.

Как выбрать блокировку для своего автомобиля (очень полезное видео-советую посмотреть).

Тест-драйв автомобиля НИВА с винтовыми блокировками

Как можно измерить подручными средствами установленный преднатяг на автомобиле

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: