Дифференциалы и их блокировки

Блокировка осей прежде всего необходима для преодоления автомобилем трудных участков дороги (грязь, уклоны), если не производить блокировку, как правило, одна из полуосей просто прокручивается, такова классическая конструкция дифференциальных механизмов для большинства трассовых автомобилей. В этом есть своя бесспорная практичность, разделение по частоте вращение полуосей значительно увеличивает ресурс эксплуатации шин и механизмов.

Блокировка как правило необходима для внедорожников, когда стоит вопрос о не экономии ресурса шин и механизмов, а необходимо проехать бездорожье. Как правило, дифференциал включается из салона, рычагом вручную или вспомогательными механизмами через нажатие управляющей кнопки или даже автоматически. Использовать блокировку дифференциала на трассе чревато поломкой его механизмов или полуосей, важно отключать его после преодоления плохих дорог.

В этой статье, мы подробно рассмотрим какие бывают дифференциалы, их конструктивные и эксплуатационные особенности.

Свободный дифференциал

Самый распространенный дифференциал, со своими плюсами и недостатками. Крутящий момент передается на сателлиты, а с них на зубчатые колеса полуосей. В равнозначных условиях режима работы полуосей крутящий момент делиться пополам и передается на одну и вторую полуось. Стоит убрать крутящий сопротивляющийся момент с любой из полуосей (подвешенное колесо) и весь крутящий момент начинает передаваться именно на эту полуось. Происходит следующее, крутящий момент от двигателя передается на зубчатое колесо (1), При вращении зубчатого колеса сателлиты (2) перемещаются, крутятся по зубчатым колесам полуосей. Если удерживать одну из полуосей, сателлиты начинают вращаться по зубьям одной зафиксированной полуоси, при этом вращая свободную полуось. Любое изменение крутящего момента одной полуоси относительно другой приводит к прокручиванию свободного колеса. В итоге проехать бездорожье становится очень проблематично

Но применение различных способов блокировки может исправить эту ситуацию

Антипробуксовочные системы на свободном дифференциале (Ручная блокировка свободного дифференциала)

1. Одна из полуосей (3), а вернее та которая проходит в ведущем зубчатом колесе, блокируется вместе с ним. При этом крутящий момент передается сразу же на эту полуось и через остановившиеся сателлиты на вторую полуось, происходит блокировка.

Возможен второй вариант, когда блокируются между собой полуоси (как на рисунке ниже).

Фактически такая блокировка является частным случаем фрикционного дифференциала, но имеет один существеный плюс. Блокировка может быть отключена.

Управление блокировкой как правило происходит посредством рычагов, ну а в дорогих машинах все делает электроника и приводы, достаточно лишь легкого нажатия на кнопку блокировки расположенной в удобном месте на панели автомобиля.

Не рекомендуется включать блокировку, во время движения. Необходимо остановиться включить блокировку и продолжить путь. Дело в том, что разсогласование передаточных чисел, мгновенно меняет частоту вращения полуосей, при этом возможны поломки зубьев.

Как правило производители указывают рекомендованную максимальную скорость движения при заблокированном дифференциале. Включение блокировки, отрицательно влияет на управляемость, особенно на поворотах.

2. Свойства свободного диффернециала можно успешно использовать на бездорожье и без полной блокировки. Так антипробуксовочные системы (TRC -Traction Control) устанавливается на автомобили Toyota) при пробуксовке одного из колес искусственно удерживает полуось за тормозной диск штатным тормозом. Что при этом происходит нетрудно представить. Ситуация для полуосей меняется противоположным образом, теперь увязшее колесо имеет намного меньший сопротивляющийся момент и оно как более свободное начинает вращаться.

Такой дифференциал надежен, ремонтропригоден, именно поэтому завоевал наибольшую популярность на автомобилях которым не требуется повышенная проходимость. Устанавливается навсе серийные автомобили ВАЗ и многие иномарки в том числе и бизнес класс например Porshe Caynne, но там есть возможность блокировки дифференциала для прохождения трудных участков дороги.

Многодисковый, фрикционный дифференциал

В принципе это конструкция самого распространенного обычного дифференциала, за исключением того, что крутящий момент связан для двух полуосей через муфту и два набора дисков. Фактически имея больший момент на одной полуоси мы передаем его на вторую, тем самым выравнивая нагрузку. Сила крутящего момент ограничивается проскальзыванием между дисками в наборе, это порядка от 2 до 12 килограмм.

Минусы очевидны, фактически такие дифференциалы предсобраны и всегда пытаются выровнять крутящие моменты на полуосях. Неизбежен износ поверхности дисков и в конечном итоге многодисковый дифференциал превращается в обычный. Как правило применяются в автоспорте, для разовых гонок и заездов, в следствии незначительного срока службы, невозможности отключения и невозможности регулировки после установки.

Дифференциал Вискомуфта, Вязкостная муфта, Viskodrive

Очень интересная конструкция, где если так можно сказать основной деталью является жидкость на силиконовой основе. Фактически это герметичная конструкция, также с пакетом дисков, которые имеют между собой минимальный зазор. Силиконовая жидкость заполняет корпус вискомуфты на 80-90 процентов.

Свойства технической жидкости таковы, что при нагреве она становиться более плотной, при этом начинает передавать крутящий момент, между ведомыми и ведущими дисками и соответственно к колесам. Эффективность вискомуфты довольно высока, но она имеет и свои недостатки. Все дело в том, что для ее срабатывания требуется время, пока жидкость не разогреется, так же возможен и другой вариант, срабатывание муфты, тогда когда этого не требуется. Отсутствие возможности четко управлять процессом передачи момента и является минусом.

Ремонтопригодность у муфты низкая, вернее она не ремонтопригодна. Как правило вытекает жидкость, при этом дифференциал подлежит замене в сборе.

Дифференциал Торсен

Название от английских слов TORQUE- крутящий момент и SENS- чувствительность. Это название говорит само за себя.

Сателлиты расположены в корпусе перпендикулярно оси, входят в зацепление попарно (прямозубые зубчатые колеса), а с полуосевыми зубчатыми колесами связаны через червячную передачу.

При падении крутящего момента на одной из полуосей, червячные передачи блокируют полуоси, тем самым начиная передавать крутящий момент на ось с меньшим сопротивляющимся крутящим моментом. Сила трения, возникающие в червячной передаче и производит блокировку дифференциала.

Конструкция очень сложная, технологичная, соответственно дорогая. Ремонт возможен только в специализированных мастерских и при применении оригинальных запчастей.

Дифференциал Квайф

Аналог предыдущей конструкции, система QUIFE. Здесь сателлиты расположены в два ряда параллельно (см фото). Причём они крепятся не на осях, а находятся в закрытых с обеих сторон отверстиях корпуса. Правый ряд сателлитов (их может быть от 3 до 5) входит в зацепление с правой шестерней полуоси, левый — с левой. Кроме того, сателлиты из разных рядов зацепляются между собой через один. Все зубчатые колёса имеют винтовые зубья, один и тот же модуль и угол профиля. Количество сателлитов и число зубьев шестерни полуоси должно быть связано условием собираемости агрегата в целом. Когда одно из колёс начинает отставать, связанная с ним полуосевая шестерня начинает вращаться медленнее корпуса дифференциала и поворачивать входящий с ней в зацепление сателлит. Он передаёт движение связанному с ним сателлиту, а тот в свою очередь, на полуосевую шестерню. Так обеспечиваются разные обороты колёс в повороте. Благодаря разности крутящих моментов на колёсах в винтовом зацеплении возникают осевые и радиальные силы, прижимающие полуосевые шестерни и сателлиты торцами к корпусу или крышкам и разделителю. За счёт этого возникают силы трения, осуществляющие блокировку, что увеличивает силу тяги автомобиля, повышая его проходимость. Величина коэффициента блокировки зависит от угла наклона зубьев шестерен. Изменяя на стадии проектирования угол наклона зубьев («угол спирали»), изменяют коэффициент блокировки в зависимости от характеристик автомобиля и условий его эксплуатации и применения. Такие дифференциалы получили наибольшее распространение в тюнинге автомобилей

В настоящее время получили распространение и активные дифференциалы. Фактически в таких дифференциалах происходит блокировка осей посредством систем управления. Вплоть до того, что принудительно меняется частота оборотов одной полуоси относительно другой в повороте.

То есть при прохождении поворота, колесо по большему радиусу ускоряется а по меньшему замедляется, что способствует лучшей управляемости автомобиля на дороге. Но в этом случае этим процессом управляет электроника. Подобная система применена на автомобиле Mitsubishi Lancer Evolution

Активные дифференциалы

Рассмотрим пример активного центрального дифференциала от Митсубиши (Active Control Differential). Это фактически многодисковое гидравлическое сцепление, мгновенно реагирующее на изменение частоты вращения передних и задних полуосей. Работа заключается в распределении крутящего момента между ними, обеспечивая баланс между управляемостью и тягой.

ACD предлагает три рабочих режима, которые водитель может задействовать в зависимости от условий движения: Tarmac (асфальт) — для сухих твердых покрытий, Gravel (гравий) - для неровных покрытий и Snow (снег) — для движения по скользким покрытиям с низким коэффициентом сцепления. (фото ниже)

Как правило в купе с центральным дифференциалом используется и дифференциал для полуосей (Active Yaw Control).Система AYC Высшего качества управляет вращательными силами транспортного средства в момент отклонения от курса, ощущая состояние дорожной поверхности, угол руля, боковое ускорение, и с помощью электроники управляя распределением мощности на левом и правом заднем колесах.

Входя в кривую, мощность перекидывается на внешние колеса, таким образом улучшается маневренность. Ускоряясь на следующей половине кривой, мощь возвращена на внутренние колеса и тем самым уменьшается занос автомобиля. Кроме того, мощность перемещается от колес, независимо от стороны, на скользких или грубых поверхностях на колесо (а), которые находятся на нескользкой поверхности. Это улучшает и стабильность и ускорение с места.

ACD & AYC установлены на Mitsubishi Lancer Evolution начиная с 8 поколения

Это самые совершенные системы, так как способны включаться и выключаться автоматически в нужное время.

Подведем итог. Будет ли автомобильная промышленность стремиться к передовым механизмам и конструкциям аналогичным Mitsubishi или нет? Вполне возможно, что ответ нет более реален. Все дело в том, что преодоление бездорожья, уклонов, вполне может быть решено и с помощью того же дифференциала Торсен или Квайф. В следствии этого отпадает необходимость в дополнительных излишних узлах усложняющих конструкцию и влияющих на надежность и возможность обслуживания автомобиля своими силами.

Здесь может преобладать практичность, а не незначительное улучшение, при значительных затратах, но выбор как всегда остается за вами.

Навигация:

Облако тегов

• Вы здесь:  
• Главная
• Автосекреты
• Дифференциалы и их блокировки

Сегодняшний день в автоистории

© 2017 Руководства по ремонту. Штрафы ГИБДД. Тюнинг. Автоюрист. Автообои

Материалы: http://www.autosecret.net/avtosecret/1124-blokirovka-differenciala

Может этой технологии и 80 лет, но ее эффективность доказана временем и показателями прироста производительности, который говорит сам за себя

Загляните под любой современный автомобиль, и скорее всего, вы обнаружите там самоблокирующийся дифференциал. Устройство, разработанное для равномерного распределения мощности между полуосями колес. Схема получила широчайшее распространение благодаря качеству передаваемого с двигателя крутящего момента, равномерному разделению передаваемой между приводами мощности и возможности улучшения технических характеристик девайса. Этот тип дифференциала можно встретить как на спортивных автомобилях типа Mazda MX-5, так и на полноприводных внедорожниках типа Land Rover.

Краткое видео от одного из ведущих мировых автоизданий Auto Express даст нам представление и более подробную информацию о технологии самоблокирующегося дифференциала, его истории и преимуществах перед другими схожими технологиями.

Отдельно скажем, что дифференциалы с функциями самоблокировки позволяют дать ведущим колесам некоторую свободу, при этом они способны полностью ограничить мощность, идущую на одно из колес, уменьшая пробуксовку и позволяя добиться большего сцепления с дорогой.

Данный тип дифференциала был разработан в 1930-х годах на полях скоростных сражений гоночной серии Формула 1 конструкторами компании Auto Union и главной целью созданной технологии, как и в наши дни являлось уменьшение пробуксовки колеса при экстремальных значениях мощности на полуоси путем возможности выходных валом вращаться с разным скоростями, в тоже время уменьшая разницу в этих скоростях.

Самоблокирующийся дифференциал совмещает две концепции- свободную и блокируемую систему дифференциалов. Он способен функционировать большую часть времени как обычный дифференциал, а в нужный момент автоматически блокироваться, когда происходит проскальзывание одного из колес. Блокировка достигается с помощью вязкостной муфты или фрикционной муфты, или сложной системы гидророторного типа. В военных автомобилях ставятся зубчатые или кулачковые самоблокирующиеся дифференциалы.

Дифференциал данного типа встречается как на заднеприводных автомобилях, так и на переднеприводных машинах.

На полноприводных внедорожниках система, пришедшая из спорта, дает неожиданные преимущества и раскрывается по новой, с другой стороны, повышая проходимость машины путем перераспределения крутящего момента между каждым из колес автомобиля и стабилизируя движение автомобиля на скользкой поверхности.

Неоспоримые преимущества механического дифференциала особенно хорошо видны на фоне его электронных заменителей.

Есть у самоблокирующихся дифференциалов и свои недостатки

Чисто механические дифференциалы повышенного трения являются реактивными. То есть, они не блокируются, пока не произошла пробуксовка колеса.

Таким образом некоторые компании переходят на симбиоз механико-электрические самоблокирующиеся дифференциалы с электронным управлением преимущества которого состоят в том, что повышается тяга в повороте, и степень блокировки дифференциала можно мгновенно поднастроить под постоянно меняющиеся условия движения автомобиля.

Например, если компьютер определяет, что в повороте у автомобиля избыточная поворачиваемость, он может сильнее заблокировать дифференциал, чтобы стабилизировать автомобиль.

Недостатки, как и в обычном дифференциале ограниченного скольжения, крутящий момент смещен в сторону более медленно вращающегося колеса.

Популярные новости

Права на изображения и материалы принадлежат их авторам

Материалы: http://www.1gai.ru/publ/519054-kak-rabotaet-samoblokiruyuschiysya-differencial-i-kak-on-vliyaet-na-upravlyaemost-avtomobilya.html

Блокировка дифференциала — это дополнительное конструктивное решение, позволяющее компенсировать его основные недостатки. Если на сухой ровной дороге дифференциал обеспечивает безопасное маневрирование и комфорт, то при выезде на пересеченную местность или во время движения по скользкому дорожному покрытию он может вообще лишить автомобиль возможности передвигаться. Чтобы этого не происходило, необходимо ограничить функциональность узла или полностью отключить его на некоторое время. Но методы блокировки дифференциала настолько разнообразны, что нужно рассмотреть основные из них по отдельности.

Дифференциал служит для распределения крутящего момента, поступающего от главной передачи, между полуосями ведущих колес. Крутящий момент постоянен, но соотношение его величины на ведущих колесах в определенных ситуациях должно быть различным.

Эта функция важна, когда автомобиль входит в поворот: внешнее колесо движется по большему радиусу и, соответственно, проходит за равный промежуток времени больший путь, чем внутреннее колесо. Чтобы «успеть» это сделать, угловая скорость внешнего колеса на время прохождения поворота должна повышаться.

Из-за смены направления движения центр тяжести автомобиля смещается в сторону поворота. В результате увеличивается сила сопротивления качению, и внутреннее колесо оказывается под большей нагрузкой, чем внешнее. Оно снижает скорость, дополнительно нагружая свою полуось.

На этом этапе в корпусе дифференциала из-за снижения угловой скорости более нагруженной полуоси внутреннего колеса начинают вращаться сателлиты. Они сообщают больший крутящий момент второй полуоси. Внешнее колесо повышает угловую скорость пропорционально тому, насколько ее снизило внутреннее колесо. Благодаря точному соотношению угловых скоростей машина проходит поворот плавно, без прыжков и пробуксовки.

Тот же принцип распределения крутящего момента действует в ситуации, когда одно из колес буксует в грязи, на льду или попадает на ухаб. Оно получает больший крутящий момент, ослабляя тяговую мощность колеса, находящегося в хорошем сцеплении с дорогой. Критическая ситуация может возникнуть при распределении в процентном соотношении 0% к 100%: автомобиль перестанет двигаться.

Чтобы машина сдвинулась с места, необходимо перераспределить крутящий момент, сообщив большее его значение нагруженному колесу. При работающем дифференциале сделать это невозможно. Поэтому его частично или полностью блокируют.

Блокировать работу механизма можно методом прямого соединения его корпуса с нагруженной полуосью или ограничив возможность сателлитов вращаться.

Блокировка имеет следующие виды:

1. Полная: величина передаваемого крутящего момента достигает 100 %. Детали узла соединяются жестко, лишая его возможности выполнять свои функции
2. Частичная: крутящий момент в определенном соотношении распределяется дифференциалом принудительно и за счет ограничения работы его составных частей.

В зависимости от степени участия водителя, блокировка дифференциала может производиться в ручном или автоматическом режиме:

1. Принудительную блокировку выполняет водитель по мере необходимости (ручная блокировка). Для этого используют кулачковый дифференциал.
2. Самоблокирующийся дифференциал накладывает ограничения на работу автоматически (автоматическая блокировка). Необходимость блокировки и ее степень определяются разностью крутящих моментов на полуосях ведущих колес или их угловых скоростей. Некоторые разновидности таких систем используют датчик блокировки дифференциала.

Устройство блокировки узла зависит от его типа и применяемого механизма. Различный функционал накладывает ограничения и определяет возможность использования в межколесных или межосевых дифференциалах.

Кулачковое блокирующее устройство

Принудительная блокировка ручным способом осуществляется кулачковой муфтой (на рис. выделена желтой окружностью). Муфта выполняет полную блокировку механизма, жестко соединяя его корпус с нагруженной полуосью.

Кулачковая муфта блокировки дифференциала

Кулачковый дифференциал приводят в действие следующие виды приводов:

Они включаются с помощью рычажного механизма или специальной кнопки на приборной панели (для электропривода).

Благодаря универсальности кулачковый дифференциал применяют на межосевых межколесных механизмов.

Самоблокирующийся дифференциал и его разновидности

Устройство самоблокирующегося (автоматического) дифференциала использует принцип повышения сил трения при изменении условий нагрузки на полуоси ведущих колес. Поэтому его другое название – «дифференциал повышенного трения» или LSD (Limited Slip Differential).

Самоблокирующийся дифференциал имеет четыре основные разновидности, зависящие от способа увеличения трения:

Дисковый механизм

Дифференциал повышенного трения, в котором применяется дисковая муфта, использует принцип автоматической блокировки при изменении угловых скоростей полуосей: чем больше их разность, тем выше степень перераспределения крутящего момента.

В LSD этого вида трение создается между пакетами фрикционных дисков. Один фрикционный пакет имеет жесткое соединение с чашкой дифференциала, другие – с полуосями.

При равных скоростях вращения ведущих колес фрикционные пакеты вращаются с одинаковой скоростью. Когда угловая скорость меняется, диски ускоряющейся полуоси передают часть крутящего момента на другую полуось (частичная блокировка) за счет увеличивающейся силы трения с фрикционным пакетом корпуса (чашки).

Степень сжатия в дисковом дифференциале бывает постоянная (осуществляемая пружинами) или переменная (регулируемая гидроприводом).

Червячный механизм

Сателлиты и полуоси, имеющие в качестве привода червячную передачу, нашли широкое применение для создания LSD, который блокируется за счет разности крутящих моментов.

Такая система LSD с червячным приводом называется Torque Sensing (чувствительность к крутящему моменту) или сокращенно – Torsen. Принцип работы червячного механизма предельно прост: повышение крутящего момента на одной полуоси приводит к частичной блокировке и его передаче на другую полуось. При этом никаких дополнительных систем или узлов не требуется: червячный узел является изначально самоблокирующимся за счет свойств привода, в котором червячную шестерню не могут приводить в движение другие шестерни.

Червячный привод используют в межколесных и межосевых дифференциалах различных типов машин.

Вискомуфта

Вискомуфта состоит из набора близко размещенных между собой перфорированных дисков, помещенных в герметичный корпус с силиконовой жидкостью, которые соединены с чашкой и приводным валом.

При равенстве угловых скоростей узел работает в обычном режиме. Его блокировка происходит, когда скорость вращения вала увеличивается: диски, расположенные на нем, увеличивают скорость вращения и, перемешивая силикон, приводят к его затвердеванию. Диски чашки принимают и передают крутящий момент на другой вал, усиливая его тяговую мощность.

LSD, функции блокировки в котором выполняет вискомуфта, имеет большие габаритные размеры и применяется в межосевых дифференциалах. Также вискомуфта может работать в полноприводном автомобиле в качестве дифференциала, полностью выполняя его функционал.

Но у нее есть серьезный недостаток: возможный перегрев и периодическая несовместимость с ABS. Это привело к тому, что в современных автомобилях вискомуфта используется крайне редко.

Электронная блокировка

Дифференциал повышенного трения, в котором используется система электронной блокировки, реагирует на изменение угловых скоростей ведущих колес.

Управление дифференциалом производится с помощью программного обеспечения. В случае увеличения скорости вращения одного колеса в тормозной системе создается давление, и его скорость снижается. При этом тяговая мощность становится выше, а крутящий момент передается на другое колесо.

Таким образом,дифференциал не оснащается дополнительными элементами и не блокируется, то есть не является LSD по сути. Перераспределение крутящего момента и выравнивание угловых скоростей производится под действием тормозной системы, которая программно управляется антипробуксовочной системой.

Блокировка дифференциала – важная функция, обеспечивающая безопасность движения и улучшающая управляемость автомобиля в критических ситуациях. Возможность автоматически заблокировать буксующее колесо или ось освобождает водителя от дополнительных действий при смене дорожного покрытия.

Материалы: http://techautoport.ru/transmissiya/differentsial-i-glavnaya-peredacha/blokirovka-differentsiala.html