Самоблокирующийся дифференциал принцип работы – Самоблокирующийся дифференциал: как работает?

Содержание

Самоблокирующийся дифференциал: как работает?

Термин «блокировка дифференциала», или «самоблокирующейся дифференциал» (самоблок), слышали многие автомобилисты, а вот как этот процесс выглядит на практике, знают лишь некоторые. И если раньше такой «опцией» автопроизводители оборудовали преимущественно внедорожники, то сейчас ее можно встретить и на вполне городском автомобиле. Кроме того, зачастую владельцы машин не оборудованных самоблоками, поняв, какую пользу они приносят, устанавливают их самостоятельно.

Но прежде чем разбираться с тем, как работает самоблокирующийся дифференциал, нужно понять, как он функционирует без блокировки.

Что такое дифференциал

Дифференциал (дифф) по праву можно считать одним из главных элементов конструкции трансмиссии автомобиля. С его помощью происходит передача, изменение, а также распределение выдаваемого двигателем крутящего момента между парой потребителей: колесами, расположенными на одной оси машины или же между ее мостами. Причем сила потока распределяемой энергии при необходимости может быть различной, а значит, и скорость вращения колес — разной.

В трансмиссии автомобиля дифф может быть установлен: в картере заднего моста, КПП и в раздаточной коробке, в зависимости от устройства привода(ов).

Те диффы, которые установлены в мосту или КПП, называются межколесными, а который находится между осями машины, соответственно – межосевым.

Назначение дифференциала

Как известно, автомобиль во время движения совершает различные маневры: повороты, перестроения, обгоны и т. д. Кроме того, поверхность дороги может содержать неровности, а это значит, что колеса автомобиля, в зависимости от ситуации, в одно и то же время могут проходить различное расстояние. Поэтому, например, при повороте, если скорость вращения колес на оси будет одинаковой, то одно из них неминуемо станет пробуксовывать, что приведет к ускоренному износу покрышек. Но это не самое страшное. Гораздо хуже то, что у транспортного средства значительно снижается управляемость.

Вот для решения подобных проблем и придумали дифференциал – механизм, который будет перераспределять энергию, поступающую от двигателя, между осями автомобиля в соответствии с величиной сопротивления качению: чем оно меньше, тем больше будет скорость вращения колеса, и наоборот.

Механизм дифференциала

На сегодняшний день существует множество разновидностей диффов, и их устройство довольно сложное. Однако принцип работы в целом одинаков, поэтому будет проще для понимания рассмотреть самый простой тип – открытый дифференциал, который состоит из следующих элементов:

  1. Шестеренок, закрепленных на полуосях.
  2. Ведомой (коронной) шестерни, выполненной в виде усеченного конуса.
  3. Ведущей шестерни, закрепленной на конце ведущего вала, которая в совокупности с коронной образует главную передачу. Так как ведомая шестерня по размерам больше ведущей, то последней придется сделать несколько оборотов вокруг своей оси, прежде чем коронная выполнит только один. Следовательно, именно эти два элемента дифференциала снижают величину энергии (скорости), которая в итоге дойдет до колес.
  4. Сателлитов, которые образуют планетарный механизм, играющий ключевую роль в обеспечении необходимой разности в скорости вращения колес.
  5. Корпуса.

Как работает дифференциал

Во время прямолинейного движения автомобиля его полуоси, а значит, и колеса, вращаются с такой же скоростью, как и ведущий вал со своей косозубой шестерней. Но во время поворота воздействующая нагрузка на колеса становится различной (одно из них пытается крутиться быстрей), и за счет этой разницы освобождаются сателлиты. Теперь энергия двигателя проходит через них, а так как пара сателлитов – это две отдельные, независимые шестерни, то к полуосям передается разная по величине частота вращения. Таким образом, мощность, вырабатываемая двигателем, распределяется между колесами, но неравномерно, а в зависимости от действующей на них нагрузки: то, что двигается по внешнему радиусу, испытывает меньшее сопротивление качению, поэтому дифф передает на него больше энергии, раскручивая быстрее.

Разницы в том, как работает межосевой дифференциал и межколесный, нет: принцип действия аналогичен, только в первом случае распределенный крутящий момент направлен к осям автомобиля, а во втором — к его колесам, расположенным на одной оси.

Потребность в межосевом диффе особенно становится заметна во время движения машины по пересеченной местности, когда ее вес давит на ту ось, которая находится ниже другой, например, на подъеме или спуске.

Проблема дифференциала

Несмотря на то что дифференциал, безусловно, играет большую роль в конструкции автомобиля, его работа иногда создает проблемы для водителя. А именно: когда одно из колес оказывается на скользком участке дороги (грязи, льду или снегу), то другое, находящееся на более твердом грунте, начинает испытывать повышенную нагрузку, дифф старается это исправить, перенаправляет энергию двигателя на скользящее колесо. Таким образом, выходит, что оно получает максимальное вращение, в то время как другое, имеющее плотное сцепление с грунтом, попросту остается неподвижным.

Вот именно для решения подобных проблем была придумана блокировка (отключение) дифференциала.

Принцип блокировки и ее виды

Поняв принцип работы дифференциала, можно заключить, что если заблокировать его, то увеличится крутящий момент на том колесе или оси, которое имеет лучшее сцепление. Это можно сделать, если соединить его корпус с одной из двух полуосей или же остановить вращение сателлитов.

Блокировка может быть полной – когда части дифференциала соединяются жестко. Осуществляется, как правило, при помощи кулачковой муфты и управляется водителем через специальный привод из кабины автомобиля. Или же она может быть частичной, в этом случае на колеса передается только ограниченное усилие – так работает самоблокирующийся дифференциал, которому участие человека не требуется.

Как работает самоблокирующийся дифференциал

Самоблокирующийся дифференциал, по сути, представляет собой компромисс между полным блоком и свободным диффом и позволяет снизить пробуксовку колес машины в случае возникновения между ними разницы в коэффициенте сцепления с грунтом. Таким образом, значительно повышается проходимость, управляемость на бездорожье, а также динамика разгона автомобиля, причем независимо от качества дороги.

Самоблок исключает полную блокировку колес, что защищает полуоси от критических нагрузок, которые могут возникнуть на дифференциалах с принудительным выключением.

Блокировка с полуосей снимается автоматически, если при прямолинейном движении скорости вращения колес выравнивается.

Самые распространенные типы самоблоков

Дисковый самоблок – это набор фрикционных (трущихся) дисков, установленных между корпусом диффа и шестерней полуоси.

Понять, как работает дифференциал с таким блоком, несложно: пока машина едет по прямой, корпус диффа и обе полуоси крутятся вместе, как только в скоростях вращения появляется разница (колесо попало на скользкий участок), между дисками возникает трение, снижающее ее. То есть колесо, оставшееся на твердом грунте, продолжит вращаться, а не остановится, как в случае свободного дифференциала.

Вискомуфта, или иначе вязкостная муфта, так же как и предыдущий дифф, содержит два пакета дисков, только на этот раз перфорированных, установленных между собой с небольшим зазором. Одна часть дисков имеет сцепление с корпусом, другая – с валом привода.

Диски, помещены в емкость, заполненную кремнийорганической жидкостью, которая при равномерном их вращении остается в неизменном состоянии. Как только между пакетами появляется отличие в скорости, жидкость начинает быстро и сильно густеть. Между перфорированными поверхностями возникает сопротивление. Чересчур раскрутившийся пакет таким образом притормаживается, и скорость вращения выравнивается.

Зубчатый (винтовой, червячный) самоблок. Его работа базируется на способности червячной пары расклиниваться и тем самым блокировать полуоси при возникновении на них разницы в крутящих моментах.

Кулачковый самоблок. Чтобы понять, как работает дифференциал такого типа, достаточно представить открытый дифф, в котором вместо планетарного шестеренчатого механизма установлены зубчатые (кулачковые) пары. Кулачки проворачиваются (перескакивают), когда скорости вращения колес практически одинаковы, и жестко блокируются (заклиниваются), как только какое-то из них начинает пробуксовывать.

Разницы в том, как работает блокировка межосевого дифференциала и межколесного, нет – принцип действия одинаков, отличия только в конечных точках: в первом случае – два моста, во втором – два колеса, установленных на одной оси.

Отечественная «Нива» и ее дифференциалы

В линейке отечественных ВАЗов «Нива» занимает особенное место: в отличие от своих «родственников» по конвейеру, эта машина оборудована не выключаемым полным приводом.

В трансмиссии ВАЗовского внедорожника установлено три дифференциала: межколесные – в каждом мосту, и межосевой – в раздатке. Несмотря на такое количество, разбираться заново в том, как работают дифференциалы на «Ниве», не придется. Все точно так же, как описывалось выше. То есть, во время прямолинейного движения машины, при условии отсутствия пробуксовок на колесах, тяговое усилие между ними распределено равномерно и имеет одинаковую величину. Когда какое-то из колес начинает буксовать, то вся энергия от двигателя, пройдя через диффы, направляется к этому колесу.

Блокировка дифференциалов «Нивы»

Прежде чем говорить о том, как работает блокировка дифференциалов на «Ниве», следует отметить один момент, а именно уточнить назначение передней (маленькой) ручки раздаточной коробки.

Некоторые водители полагают, что с ее помощью у машины включается передний привод – это не так: и передний, и задний приводы у «Нивы» задействованы всегда, а этой ручкой осуществляется управление дифференциалом раздатки. То есть пока она установлена в положении «вперед», дифф работает в штатном режиме, а когда «назад» – отключается.

А теперь непосредственно о блокировке: при выключении дифференциала валы раздаточной коробки замыкаются между собой муфтой, тем самым принудительно выравнивая скорости их вращения, то есть суммарная скорость колес передней оси приравнивается к суммарной скорости задней. Распределение тяги происходит в сторону большего сопротивления. Допустим, буксует заднее колесо, если включить блокировку, тяговое усилие уйдет на переднюю ось, колеса которой вытянут машину, но если одновременно с задним забуксует и переднее колесо, то самостоятельно «Нива» уже не выберется.

Чтобы такого не случалось, автолюбители в мосты устанавливают самоблоки, которые помогут вытянуть застрявшую машину. На сегодняшний день самым популярным среди владельцев «Нивы» является дифференциал Нестерова.

Самоблок Нестерова

Именно в том, как работает дифференциал Нестерова, и заключен секрет его популярности.

Конструкция дифа позволяет не только оптимально регулировать угловую скорость колес машины при совершении маневров, но и в случае пробуксовок или вывешивании колеса устройство отдает ему минимальное количество энергии от двигателя. Причем реакция самоблока на изменение дорожной ситуации практически мгновенная. Кроме того, дифференциал Нестерова значительно улучшает управляемость машины даже на скользких поворотах, повышает курсовую устойчивость, повышает динамику разгона (особенно в зимний период), снижает расход горючего. А монтаж устройства не требует никаких изменений в конструкции трансмиссии и устанавливается точно так же, как классический дифф.

Дифференциал нашел применение не только в автомобильной технике, он оказался весьма полезен и на мотоблоках, значительно облегчив жизнь его владельцам.

Дифференциал для мотоблока

Мотоблок — агрегат довольно тяжелый, и, чтобы его просто повернуть, требуется немало усилий, а при нерегулируемой угловой скорости вращения колес это становится еще сложнее. Поэтому владельцы этих машин, если диффы не предусматривались изначально конструкцией, приобретают и устанавливают их самостоятельно.

Как работает дифференциал мотоблока? По сути, он лишь обеспечивает легкий разворот машины, останавливая одно из колес.

Другая его функция никак не связанная с перераспределением мощности – это увеличение базы колес. Конструкция дифференциала предусматривает его использование как удлинителя осей, что делает мотоблок более маневренным и устойчивым к опрокидываниям, особенно на поворотах.

Словом, дифференциал – вещь весьма полезная и незаменимая, а его блокировка в разы повышает проходимость автомобиля.

fb.ru

Самоблокирующийся дифференциал — принцип работы (видео)

Дифференциал – это  специальное механическое устройство, которое является элементом передачи, позволяющее распределять крутящий момент между осями. Чтобы хорошо понять, для чего нужен дифференциал, следует рассмотреть следующую ситуацию.

 

При прохождении поворота колеса, которые двигаются по внешнему и по внутреннему радиусу имеют разный путь прохождения поворота. Без дифференциала колеса бы имели одинаковую частоту вращения, что привело бы к немедленному заносу автомобиля на повороте, так как одно из колес начнет попросту буксовать. Дифференциал, ввиду своей конструкции, позволяет распределить вращающий момент таким образом, чтобы колесо, которое движется по внутреннему радиусу, получало как можно меньшую энергию вращения, а колесо, которое движется по внешнему радиусу, наоборот, имело большую скорость вращения. Это позволяет автомобилю равномерно входить в любой тип поворота, снижая шансы возникновения заноса к минимуму.

Дифференциал нашел широкое применение в редукторе заднего моста (актуально на автомобилях с задним приводом), в коробке переключения передач на автомобилях с передним приводом и сразу в трех элементах полноприводного автомобиля: редукторы переднего и заднего моста и раздаточной коробке передач. Редукторы мостов сами по себе являются дифференциалами.

Дифференциалы, в зависимости от расположения, подразделяются на: межосевые (располагаются в раздаточной коробке) и межколесные (располагаются в редукторах заднего моста).

Принцип работы самоблокирующегося дифференциала

В процессе езды наблюдается сразу три режима работы дифференциала:

1. Прямолинейное движение. При движении по прямой линии колеса автомобиля получают от дифференциала равную энергию, так как получают равное сопротивление дорожного покрытия. Сателлиты, проходя специальные полуосевые шестерни, выполняют передачу крутящего момента на колеса в абсолютно равном соотношении. В связи с тем, что сателлиты, расположенные на осях не получают вращающего момента, эти шестерни вращаются с одинаковой угловой скоростью. Получается, что частота вращения каждой шестерни будет равно частоте вращения шестерни ведомой передачи.

2. Движение в повороте. Колесо, которое выполняет перемещение по внутреннему радиусу поворота, встречает наибольшее сопротивление дорожного покрытия. Шестерня, расположенная на полуоси этого колеса начинает замедляться, и сателлиты начинают вращаться вокруг своей оси, при этом, они увеличивают скорость вращения шестерни на полуоси колеса, которое передвигается по внешнему радиусу. Таким образом, получается, что крутящий момент на разных колесах распределяется в одинаковом соотношении.

3. Движение по скользкой дороге. Этот режим работы очень напоминает прохождение поворотов. Только в этом случае колеса могут располагаться прямо. Если одно колесо находится на льду, а второе на асфальте, то вся вращающая энергия передается на колесо, которое оказалось на скользком покрытии. Колесо, которое стояло на асфальте, встречает большое сопротивление и не вращается. Принцип действия дифференциала такой же, как и при прохождении поворота.

Последний режим работы является главным недостатком дифференциала, так как автомобиль становится обездвиженным. Решением данной проблемы стало изобретение блокирующегося дифференциала, чтобы увеличить проходимость автомобиля в ситуациях, когда одно колесо начинает буксовать.

Блокировка дифференциала

Блокировка дифференциала используется в исключительных случаях. Таковыми могут являться участки дороги с неровным или скользким дорожным покрытием, где вращение колес должно быть абсолютно одинаковым. Блокировка дифференциала может быть ручной (примером может послужить автомобиль «Нива», где на раздаточной коробке установлен специальный рычаг управления блокировкой дифференциала) и автоматической, так называемая самоблокирующаяся. Блокировка дифференциала, чаще всего, используется на автомобилях повышенной проходимости.

Самоблокирующийся дифференциал (автоматическая блокировка). Виды самоблокирующихся дифференциалов.

Самоблокировка дифференциала является промежуточным звеном между полной блокировкой и свободным дифференциалом. Блокировка осуществляется при наличии следующих условий:

1. Появилась разница угловых скоростей колес.

2. Появилось разные крутящие моменты.

На основе этих условий самоблокировка дифференциала подразделяется на два вида:

  • Speed sensitive – блокировка осуществляется при появлении разницы угловых скоростей колес.
  • Torque sensitive – срабатывает при наличии разницы между крутящими моментами на полуосях.

Если одно из колес испытывает повышенное сопротивление дорожного покрытия, то его полуосевая шестерня начинает вращаться медленнее, относительно корпуса. Связанный с ним сателлит зацепляется и выполняет передачу вращения сателлиту из левого ряда, который, в свою очередь, передает вращение на левую полуосевую шестерню. Таким образом, обеспечивается разность угловых скоростей в труднопроходимом участке дороге. Из-за разности крутящих моментов, возникающих на колесах, появляются радиальные и осевые силы, которые, в свою очередь, прижимают соответствующие сателлиты и шестерни к корпусу. С помощью этого обеспечивается неполная блокировка, и колесо, которое встретило сопротивление дороги, получает дополнительную энергию. Таким образом, обеспечивается повышенная проходимость автомобиля на труднопроходимых участках.

Плюсы и минусы самоблокировки

Очень серьезным недостатком самоблокировки является его неуместное срабатывание. Дифференциал блокируется даже в тех случаях, когда это совсем нецелесообразно. Примером этому может послужить крутой поворот, где автомобиль может запросто войти в занос. В этом случае выигрывает ручное включение блокировки, когда водитель сам принимает решение, если колеса начинают буксовать.

Однако, у самоблокировки есть и достоинства. Во-первых, это улучшение проходимости автомобиля в любом случае. Во-вторых, конструкция такого дифференциала проста, имеет низкую стоимость, упрощает процесс монтажа и снижает риск его поломки, в результате неопытного обращения. В-третьих, процесс включения и отключения полностью автоматизирован, и не нуждается в осуществлении контроля.

Видео — Дифференциал червячного типа

vipwash.ru

Как работает самоблокирующийся дифференциал и как он влияет на управляемость автомобиля

Самоблокирующийся дифференциал: история, технические данные, видео

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

 

Смотрите также: Как работают разные типы дифференциалов

 

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.

 

История появления самоблокирующегося дифференциала

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.

 

Как работает самоблокирующийся дифференциал?

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.

www.1gai.ru

Дифференциал самоблокирующийся: установка :: SYL.ru

Основной особенностью работы стандартного дифференциала является то, что в случае пробуксовки ведущей оси на другое колесо начинает передаваться крутящий момент, которого не хватает для нормального движения. Дифференциал самоблокирующийся используется для того, чтобы повысить крутящий момент на колесе, обеспечивая более эффективное сцепление.

Как его сделать?

Для блокировки дифференциала нужно совершить одно из двух действий:

  • Объединить его корпус с одной из полуосей.
  • Ограничить возможность вращения сателлитов.

Каким он бывает?

В зависимости от того, какой именно изготавливается дифференциал самоблокирующийся, он подразделяется на полностью или частично блокированный. Полная блокировка предусматривает достаточно жесткое соединение различных частей этого элемента, при котором крутящий момент в случае необходимости всецело передается на колесо с более эффективным сцеплением.

Дифференциал самоблокирующийся частично отличается тем, что у него присутствует ограниченное количество передаваемого усилия между несколькими частями, и в соответствии с этим увеличивается крутящий момент непосредственно на том колесе, у которого присутствует более эффективное сцепление.

Коэффициент блокировки

Коэффициент блокировки – это величина, которая определяет повышение крутящего момента, присутствующего на свободном колесе. Данный показатель устанавливает отношение крутящего момента колеса с отставанием к такому же показателю на забегающем колесе. Для симметричного элемента коэффициент блокировки всегда составляет 1 по той причине, что крутящие моменты каждого из колес являются равными. В то же время дифференциал блокирующий имеет значение этого коэффициента на уровне около 3-5, причем дальнейшее увеличение является нежелательным, потому что может спровоцировать поломку различных элементов трансмиссии.

Блокировка часто используется как на межосевых, так и на межколесных устройствах. Стоит отметить, что передний самоблокирующийся дифференциал на «Ниву» и другие в полноприводные автомобили редко когда используется, так как он снижает управляемость.

Автоматика или нет

Сама блокировка может проводиться как автоматически, так и принудительно. В случае принудительной блокировки водитель должен подать команду, вследствие чего она и получила название ручной. В то же время автоматическая блокировка осуществляется при помощи специализированных технических устройств, которые и получили название «самоблокирующийся дифференциал».

Принудительный

Ручная блокировка в преимущественном большинстве случаев осуществляется при помощи кулачковой муфты, посредством которой можно добиться достаточно жесткого соединения между корпусом дифференциала и полуосью. Замыкание или же размыкание в данном случае осуществляется при помощи электрического, механического, пневматического или гидравлического привода.

В механическом приводе объединяются рычаг и тросы или же целая система специальных рычагов. В данном случае самоблокирующийся дифференциал не используется, а вместо него водитель осуществляет все процедуры самостоятельно посредством перемещения рычага в нужное положение на абсолютно неподвижном автомобиле.

Гидравлический привод

Использование гидравлического привода блокировки предусматривает использование главного и нескольких рабочих цилиндров, в то время как исполнительным элементом здесь выступает пневмоцилиндр. Если рассматривается электрический привод, то для замыкания муфты в нем применяется специальный электродвигатель. Сама же блокировка включается посредством нажатия определенной кнопки, находящейся на приборной панели.

Использование жесткой принудительной блокировки часто используется тогда, когда автомобиль должен преодолевать какие-либо труднопроходимые участки, а после их прохождения его моментально выключают. Часто его могут устанавливать (если не используется самоблокирующийся дифференциал) на «Ниву», а также другие полноприводные автомобили.

Самоблокирующийся

Такой дифференциал, по своей сути, представляет промежуточное устройство между полной блокировкой и абсолютно свободным дифференциалом, потому что с его помощью можно в случае необходимости реализовать основные возможности и того, и другого.

Самоблокирующиеся дифференциалы на УАЗ и другие отечественные автомобили устанавливаются двух типов:

  • Блокирующийся от разницы между крутящими моментами.
  • Блокирующийся от разницы между угловыми скоростями колес.

Последний тип включает в себя дисковый, с вязкостной муфтой, а также дифференциал с системой электронного блокирования. От разницы между крутящими моментами блокируются так называемые червячные самоблокирующиеся дифференциалы. На УАЗ и другие автомобили устройства устанавливаются ситуативно под особенности эксплуатации каждого отдельного авто.

Дисковый

Дисковый дифференциал – это симметричное устройство, в конструкцию которого входит один или же одновременно несколько пакетов фрикционных дисков, при этом стоит отметить, что определенная часть дисков имеет жесткую связь с корпусом самого элемента, в то время как другая часть объединена с полуосью.

Основной принцип действия, который имеет дисковый дифференциал увеличенного трения, использует в качестве основы силу трения, которая появляется из-за разницы скоростей вращения установленных полуосей.

Если присутствует прямолинейное движение, при этом корпус дифференциала и корпус полуоси вращаются с абсолютно одинаковой скоростью, пакет фрикционных дисков начинает вращаться как единое целое. Если же увеличивается частота вращения какой-либо одной из используемых полуосей, то в таком случае соответствующая ей часть дисков, установленная в пакете, будет уже вращаться с более высокой скоростью. При этом между несколькими дисками образуется сила трения, которая исключает возможность повышения частоты вращения. Таким образом, крутящий момент на полностью свободном колесе растет, чем и обеспечивается частичная блокировка устройства.

В зависимости от того, как именно изготавливался самоблокирующийся дифференциал (своими руками или на производстве) степень сжатия дисков может быть переменной или же фиксированной.

Дисковый дифференциал типа LSD используется в качестве межколесного в различных спортивных автомобилях, а также часто встречается в качестве межосевого в машинах, отличающихся повышенной проходимостью. Также редко можно встретить такой самоблокирующийся дифференциал на ВАЗ-2107.

Вязкостная муфта

Вязкостная муфта представляет собой определенный комплект нескольких близко расположенных между собой перфорированных дисков, некоторые из которых объединяются с корпусом дифференциала, в то время как вторая часть соединяется с приводным валом. Диски размещаются в абсолютно герметичном корпусе, который заполняется специализированной силиконовой жидкостью высокой вязкости.

В процессе вращения корпуса дифференциала и приводного вала с одинаковой скоростью данный блок начинает вращаться как единое целое. Если же увеличивается скорость вращения вала, то в таком случае часть дисков, которая ему соответствует, также увеличивает свою скорость, перемешивая таким образом силиконовую жидкость. В связи с этим жидкость твердеет и осуществляется блокирование. В то же время на другом валу увеличивается крутящий момент, и когда равенство полностью восстанавливается, жидкость утрачивает свои свойства, вследствие чего муфта вновь переходит в разблокированное состояние.

В связи с тем, что вискомуфта имеет достаточно большие геометрические размеры, ее часто используют для того, чтобы установить межосевой самоблокирующийся дифференциал на ВАЗ-2107. Также ее использование может осуществляться абсолютно самостоятельно в различных системах полного привода, которые подключаются автоматически.

Из-за особенностей своей конструкции у вискомуфты присутствует определенная инерционность, а также она является склонной к нагреву и в случае торможения может конфликтовать с антиблокировочной тормозной системой, вследствие чего на сегодняшний день ее практически не устанавливают на современные автомобили.

Червячный

В последнее время часто устанавливается червячный самоблокирующийся дифференциал на «Ниву-Шевроле» и другие подобные автомобили. При помощи такого элемента обеспечивается полностью автоматическая блокировка в зависимости от разницы между крутящими моментами на полуоси и корпусе. В том случае, если колесо проскальзывает, и при этом снижается крутящий момент, дифференциал начинает блокироваться, вследствие чего крутящий момент передается на другое колесо. При этом стоит отметить, что блокировка является частичной, а ее степень непосредственно зависит от того, насколько сильно упал крутящий момент.

Главной особенностью червячной шестерни можно назвать то, что она может заставлять вращаться также другие шестерни, в то время как ее они раскручивать не могут. При этом стоит отметить, что червячная шестерня способна расклиниваться, и именно это свойство используется для того, чтобы частично заблокировать самоблокирующийся дифференциал. Отзывы пользователей наиболее лестно отмечают устройства Qualife и Torsen.

Как устанавливать?

Установка дифференциала может осуществляться самостоятельно или с помощью специалистов, но самостоятельную установку проводить следует только в том случае, если есть все соответствующие инструменты, а также определенные навыки работы с ними. Если вы все-таки решили, что можете установить самоблокирующийся дифференциал на «Ниву-Шевроле» или любой другой автомобиль самостоятельно, вам нужно будет придерживаться несложной инструкции. Стоит отметить, что инструкция является актуальной для преимущественного большинства автомобилей, поэтому рекомендуется всецело ей следовать.

Инструкция

Установка самоблокирующегося дифференциала осуществляется следующим образом:

  1. Первоначально напрессуйте внутренние кольца подшипников на все шейки собранного устройства таким образом, чтобы между торцами внутренних колец подшипников, а также торцами коробки саттелитов присутствовал зазор приблизительно 3,5-4 мм.
  2. Самоблокирующийся дифференциал своими руками устанавливается в сборе в кратер, после чего устанавливается прокладка, а также крышка картера. При помощи гаек и болтов нужно максимально равномерно объединить между собой половины моста.
  3. Заново открутите болты, снимите крышку, достаньте дифференциал и при помощи щупа проведите замер зазоров между торцами коробки саттелитов и внутренних колец подшипников.
  4. Нужно выбрать подходящий комплект прокладок под ваш винтовой самоблокирующийся дифференциал, при этом важно максимально правильно рассчитать их толщину по следующей формуле: S = A + B + 0,1. В данном случае S – это непосредственно сама толщина прокладок, в то время как А и В – это зазоры между торцами коробки сателлитов и внутренних колец подшипников.
  5. Теперь внутренние кольца подшипников дифференциала полностью снимаются. Подобранный пакет прокладок разделяется приблизительно пополам, после чего прокладки устанавливаются непосредственно на шейки коробки саттелитов, а также до упора напрессовываются внутренние кольца подшипников.

Как осуществляется регулировка?

Если вами устанавливался самоблокирующийся дифференциал на ВАЗ или другие отечественные автомобили, можно произвести регулировку бокового зазора шестерен следующим образом:

  • В картере устанавливается дифференциал в сборе с отрегулированными подшипниками.
  • Далее осуществляется монтаж прокладки непосредственно на плоскость разъема картера, после чего картер закрывается крышкой и надежно закрепляется с помощью болтов.
  • Осуществляется замер бокового зазора между зубьями ведомой и ведущей шестерен, который должен иметь значение на уровне 0,2-0,6 мм. Замер в обязательном порядке должен осуществляться на фланце ведущей шестерни, и проводить его нужно на радиусе 40 мм. Боковой зазор должен регулироваться путем перестановки нескольких прокладок с одной стороны коробки на другую. В том случае, если прокладки снимаются со стороны ведомой шестерни, то в таком случае зазор в зацеплении должен быть увеличенным, а если же прибавляете, то он уменьшается.
  • Прокладки должны переставляться без изменения их количества, так как в противном случае могут появиться всевозможные нарушения натяга подшипников дифференциала.
  • Тщательно проверьте зацепление шестерен по всему пятну контакта.

Таким образом, вы не только установите, но и нормально отрегулируете дифференциал самоблокирующийся, обеспечив его нормальную работу.

www.syl.ru

Все, что вы хотели узнать о дифференциалах, но боялись спросить…

по материалам журналов «4х4Club» (7-8`99) и «5 Колесо» (11`99)


Что такое дифференциал
Принудительная блокировка
Самоблокирующиеся дифференциалы

• Дисковая блокировка
• Вязкостная блокировка
• Винтовая блокировка
• Кулачковая блокировка
• Особенности управления
Межосевой дифференциал и его блокировки
• Подключаемый передний мост


Что такое дифференциал

Дифференциал — это устройство, распределяющее поток мощности от двигателя к другим элементам трансмиссии. В автомобиле с приводом на одну ось используется только один дифференциал, межколесный, в полноприводном их целых три — два межколесных и межосевой. 

Рассмотрим для примера классический дифференциал (в отличие от блокируемых, его называют «открытым» или «свободным»). Он устанавливается в картере главной передачи и получает крутящий момент от ее ведомой шестерни. В коробке дифференциала расположены конические шестерни-сателлиты. Они входят в зацепление с шестернями, закрепленными на полуосях, а те, в свою очередь, вращают ведущие колеса. При движении по ровной и прямой дороге угловые скорости колес одинаковы, и сателлиты не вращаются вокруг своей оси. Во время поворота или движения по неровностям, когда колеса правого и левого борта проходят разный путь, сателлиты начинают вращаться и перераспределять крутящий момент.


Главная передача заднего моста ВАЗ-2101:
1 – фланец карданного вала;
2 – сальник;
3 – маслоотражательное кольцо;
4 – передний подшипник ведущей шестерни;
5 – задний подшипник ведущей шестерни;
6 – регулировочное кольцо;
7 – опорное кольцо шестерни полуоси;
8 – шестерня полуоси;
9 – сателлит;
10 – палец сателлитов;
11 – ведомая шестерня главной передачи;
12 – коробка дифференциала;
13 – болт крепления стопора регулировочной гайки;
14 – стопор регулировочной гайки;
15 – подшипник коробки дифференциала;
16 – регулировочная гайка ведомой шестерни;
17 – болт крепления ведомой шестерни к фланцу коробки дифференциала;
18 – ведущая шестерня главной передачи;
19 – картер редуктора главной передачи;
20 – распорная втулка;
21 – шайба;
22 – гайка ведущей шестерни заднего моста.

Существует простая формула, отражающая связь между частотами вращения коробки дифференциала и полуосевых шестерен. Если через а1 и а2 обозначить частоты вращения полуосевых шестерен, а через а — частоту вращения коробки дифференциала, то: а = (а1+а2)/2. Формула показывает, что если одно из колес автомобиля неподвижно, то другое колесо вращается с удвоенной частотой. Если одно из двух ведущих колес попадает на скользкую поверхность дороги (мокрый асфальт, масляные пятна, лед), сопротивление его вращению резко падает, уменьшается и сцепление с дорогой, а значит, колесо не в состоянии иметь необходимую силу тяги. Такое колесо начнет быстрее вращаться и пробуксовывать. К другому ведущему колесу, имеющему достаточное сцепление с дорогой, будет подводиться такой же крутящий момент, как и к буксующему. Имея возможность образовать большую силу тяги, второе колесо не сможет этого сделать потому, что дифференциал передаст ему только половину крутящего момента от главной передачи. Если сопротивление движению автомобиля превысит силу тяги у небуксующего колеса, то машина не сможет двигаться. Частота вращения буксующего колеса резко возрастет, а второе колесо остановится. Возникнет буксование автомобиля. Попытка водителя повысить силу тяги на колесах за счет увеличения подачи топлива приведет только к увеличению частоты вращения одного из колес. В такой ситуации проявляется существенный недостаток обычного дифференциала, снижающего проходимость автомобиля как на скользких дорогах, так и на грунтах, оказывающих большое сопротивление качению колес (пeсок, снег, распутица). 

Принудительная блокировка

На автомобилях, предназначенных для движения по бездорожью, приходится устанавливать дифференциалы специальных конструкций. Блокировки Часто применяют дифференциалы с принудительной блокировкой. В них водитель с помощью специального привода (чаще всего пневматического) останавливает на время вращение сателлитов, и колeca автомобиля начинают вращаться с одинаковой скоростью. Следует учесть, что автомобиль с заблокированным дифференциалом на извилистой дороге расходует больше топлива и у него происходит интенсивный износ шин. Как только взаимный поворот колес на общей оси с заблокированным дифференциалом будет больше, чем это допускает упругая деформация шин, произойдет буксование колес, продолжающееся до тех пор, пока какое-либо колесо на неровности не оторвется от дороги. Это говорит о том, что водитель не должен забывать выключать блокировку дифференциала после преодоления тяжелого участка. В ряде конструкций предусмотрена его автоматическая разблокировка или ограничение возможности включения блокировки по скорости.

Самоблокирующиеся дифференциалы

Для упрощения процесса управления применяются так называемые самоблокирующиеся дифференциалы. В настоящее время, в основном, используют четыре вида блокировок: дисковая (фрикционная, повышенного трения, LSD), вязкостная (вискомуфты) и винтовая (червячная). В самых современных разработках используются электронные системы контроля проскальзывания колес, основанные на применении датчиков вращения и использовании штатных тормозов (как правило, эти системы совмещаются с антиблокировочными и противопробуксовочными).

Дисковая блокировка

Существуют две наиболее характерные конструкции дифференциалов с фрикционными муфтами. В первом применяют одну, во втором — две муфты. В первом случае фрикционная дисковая муфта 1 введена между одной из полуосей и коробкой дифференциала. Бронзовые диски установлены в шлицах гильзы 2, связанной с коробкой дифференциала, стальные диски сидят на шлицах полуоси 3. Диски прижимаются друг к другу пружинами 4. Когда оба колеса испытывают одинаковое сопротивление, весь дифференциал вращается как одно целое и трение в муфте 1 отсутствует.

Вторая конструкция представляет из себя дифференциал повышенного трения с двойными фрикционными муфтами, получивший широкое распространение на американских автомобилях. В этой конструкции крестовина заменена двумя отдельными, пересекающимися под прямым углом осями 5 сателлитов 6. Оси 5 имеют возможность перемещаться одна относительно другой как в осевом, так и в угловом направлении, для чего их концы имеют скосы соответственно А и Б, которыми они опираются на коробку 9 дифференциала. Кроме того, в дифференциал введены промежуточные чашки 7, так же как и полуосевые шестерни, надетые на шлицы полуосей. При невращающихся сателлитах усилие к полуосям передается как и в простом дифференциале. При вращении сателлитов последние будут сдвигать концевые скосы осей 5 так, что усилие на фрикционную муфту 8, передаваемое через чашку 7, будет увеличиваться для отстающей полуоси и уменьшаться для оси, вращающейся быстрее. При этом величина подтормаживающего момента не будет постоянной, как в дифференциале с одной дисковой муфтой, а будет пропорциональна моменту, передаваемому колесами. 

Для нормальной работы такого дифференциала требуется использование специального трансмиссионного масла для LSD или соответствующих присадок к обычному маслу. Кроме того, со временем возникает необходимость регулировки из-за износа дисков.

Вязкостная блокировка

Принцип ее действия такой же, как у дисковой. Гидравлическая муфта состоит из большого числа дисков с липкими рабочими поверхностями. Благодаря свойствам особой вязкой жидкости на силиконовой основе отвердевать при нагреве диски передают крутящий момент в зависимости от разности частот вращения входных и выходных валов. Нагрев происходит, когда одна полуось начинает вращаться быстрее другой. Характерной особенностью конструкции является то, что в случае длительного буксования колес блокирующая муфта с вязкой жидкостью работает вначале мягко, а затем происходит значительный рост эффективности блокировки. В затвердевшем силиконе диски получают жесткое зацепление и полуоси блокируются. Вискомуфты не требуют обслуживания и считаются весьма надежными, однако для их продолжительной работы необходимо сохранение полной герметичности устройства. 

Винтовая блокировка

Принцип ее действия таков: в обычном режиме винты (или червяки, как их называют из-за характерной формы) свободно обкатываются вокруг центральной шестерни. В случае изменения момента винты проскальзывают в крайнее положение и фиксируются в эксцентричных пазах. Когда момент выравнивается, винты возвращаются в исходное положение. Момент срабатывания винтовых блокировок определяется профилем винтов. Такие дифференциалы мало подвержены износу (срок службы сопоставим со сроком коробки или классического дифференциала), а масло используется обычное трансмиссионное.

Кулачковая блокировка

Такая блокировка срабатывает при возникновении разности в скоростях вращения колес. Рассмотрим пример реализации дифференциала от компании Tractech. В корпусе дифференциала между парами корончатых шестерен установлены поворотные кулачки. В обычных условиях они не участвуют в работе, но, как только одно их колес начинает пробуксовывать (т.е., вращаться существено быстрее другого), кулачки поворачиваются и пары шестерен входят в зацепление, обеспечивая тем самым полную блокировку. Блокировка выключается, когда буксующее колесо прекратит проскальзывание. Этот тип дифференциалов также довольно долговечен и не требует специальных масел.

Особенности управления

Управление автомобилем, оборудованным самоблокирующимся межколесным дифференциалом имеет некоторые особенности. В частности, автомобиль в повороте на скользком покрытии может обладать избыточной поворачиваемостью, при слишком интенсивном разгоне на смешанном покрытии возможен увод в сторону от предполагаемой траектории и т.д. Особенно это касается разработок, предлагаемых в качестве дополнительного оборудования третьими фирмами. Однако грамотное использование свойств таких дифференциалов позволяет уверенно перемещаться в сложных дорожных условиях, и существенно повышает проходимость вне дорог. 

 

Межосевой дифференциал и его блокировки

При отсутствии межосевого разделения мощности (межосевого дифференциала или отключающего механизма) необходимо отключить передний мост, чтобы стало возможно вращение передних и задних колес с разными угловыми скоростями. По условиям движения требуется, чтобы колеса как переднего и заднего мостов, так и колеса одного моста могли вращаться с разной частотой и проходить различные пути. Особенно характерно это для поворотов: передние колеса при повороте проходят большее расстояние, чем задние. На изменение пути колес влияют различные факторы: скольжение шин, их углы увода, давление воздуха, нагрузка на колеса, кинематика подвески. При этом очевидно, что соотношение между путями, проходимыми колесами переднего и заднего мостов, также меняется во время движения. Это обстоятельство исключает возможность применения разных передаточных чисел в главных передачах мостов для компенсации разности проходимых путей.

Колеса разных осей автомобиля, кинематически жестко связанные одно с другим, имеют при вращении одинаковые угловые скорости. На твердой поверхности дороги при движении автомобиля с приводом на все колеса (при отсутствии межосевого дифференциала) могут возникнуть условия, при которых колеса разных осей будут стараться двигаться с различными линейными скоростями, а жесткая мехаческая связь между ними станет преградой к достижению этого. При прямолинейном движении описанное явление может быть вызвано, например, разностью радиусов качения связанных между собой колес. Качение колес в этом случае должно сопровождаться относительным перемещением точек площадки контакта шины по поверхности дороги (со скольжением или буксованием). Подобное же возможно и при одинаковых радиусах качения, но при движении по дороге с неровной поверхностью или на повороте. Возникающее в этих условиях скольжение или 6yксовaние шин сопровождается увеличеным их износом, износом механизмов трансмиссии и непроизводительной затратой энергии двигателя на движение автомобиля. Для того чтобы колеса катились без вредных сопровождающих явлений в трансмиссии, кроме дифференциалов межколесных устанавливают дифференциалы межосевые.

Однако, в условиях внедорожного движения автомобиль может лишиться подвижности в тот момент, когда колеса одного из мостов потеряют сцепление с дорогой и начнут буксовать. В такой ситуации дифференциал обычного типа будет не в состоянии передать требуемую для движения величину крутящего момента задним колесам, опирающимся на твердый грунт. Для избежания этого на внедорожниках устанавливают межосевые дифференциалы с принудительной блокировкой. Примером подобного конструктивного решения может служить «Нива» ВА3-2121, оснащенная раздаточной коробкой с принудительно блокируемым межосевым дифференциалом. 

Блокировкой пользуется водитель автомобиля для преодоления труднопроходимого участка дороги. При возвращении на шоссе межосевой дифференциал необходимо разблокировать. В современных конструкциях, кроме механического, применяются и другие приводы (пневматический, гидравлический, электрический), при этом сам процесс включения сводится к простому нажатию кнопки на панели. 

Следующим шагом стало появление самоблокирующихся межосевых дифференциалов. Принципы их работы сходны с межколесными, но условия и задачи несколько другие. Так, при поворотах машины забегающим относительно корпуса дифференциала всегда будет вал, передающий момент на управляемую ось, что определяется кинематикой поворота машины с колесной формулой 4х4. Исходя из этого, при забегании приводного вала управляемого моста коэффициент блокировки желательно иметь невысоким, а при забегании (буксовании) неуправляемого моста — несколько большим. Такой дифференциал называют самоблокирующимся с несимметричными блокирующими свойствами.

В настоящее время на легковых внедорожниках широко используются межосевые дифференциалы с автоматической блокировкой с помощью гидравлической муфты с вязкой жидкостью. Они обеспечивают оптимальную силу тяги во всех условиях движения, в связи с чем отпадает необходимость в принудительной блокировке. Есть у них и другие преимущества. Этот узел предохраняет трансмиссию от перегрузки, которая может возникнуть, например, при внезапном ударе колеса.Дифференциал, автоматически блокирующийся гидравлической муфтой с вязкой жидкостью, чутко реагирует на состояние дорожной поверхности и обеспечивает более равномерную скорость автомобиля, а также уменьшает вероятность его застревания. При торможении межосевой дифференциал такого типа предотвращает блокировку колеса одного моста относительно колеса другого, приводящую к потере устойчивости. К тому же перераспределение избыточной тормозной силы с одной пары колес на другую значительно сокращает тормозной путь и сохраняет полный контроль над машиной.

Рассмотрим, как работает автоматически блокируемый межосевой дифференциал фирмы GKN с гидравлической муфтой. Изменение момента трения в ней рассчитано так, чтобы при маневрировании на поверхности с хорошими сцепными свойствами ( асфальт, бетон и т.д.) имелся малый момент трения между выходными валами. С ростом разности частот их вращения трение между звеньями муфты значительно возрастает. Блокировка с помощью муфты с вязкой жидкостью происходит точно в соответствии с распределением крутящего момента в межосевом дифференциале.

Испытания подтвердили, что распределение моментов между передними и задними колесами обеспечивает почти нейтральную поворачиваемость автомобиля. По легкости вождения и безопасности полноприводные автомобили с таким приводом превосходят даже переднеприводные легковые автомобили. Однако, при всех достоинствах такого рода блокировки, необходимо отметить, что фактическое включение блокировки после начала пробуксовки колес, характерное для вискомуфты, существенно снижает шансы на успешное преодоление серьезных внедорожных препятствий в виде слабого грунта, грязи или снега, поскольку буксующее колесо способно быстро зарываться. В результате возможностей автомобиля даже с заблокированным межосевым дифференциалом может оказаться недостаточно для самостоятельного выезда. 

Подключаемый передний мост

Очень многие производители внедорожников используют схему с подключаемым передним мостом (так называемый part time 4WD). В этом случае межосевой дифференциал, как правило, отсутствует, и в режиме полного привода между мостами устанавливается жесткая кинематическая связь. Производители рекомендуют подключать передний мост только в сложных дорожных условиях, когда колеса склонны к пробуксовке. Продолжительное движение в таком режиме по дорогам с твердой поверхностью вызывает повышенный износ шин и трансмиссии (в частности, в раздатках с цепной передачей перегружается цепь), повышенный расход топлива, а также ухудшает управляемость на высоких скоростях. Для избежания этих отрицательных последствий многие контрукции предусматривают не только отключение переднего моста, но и отсоединение передних колес от полуосей. Для этого применяются колесные хабы (муфты свободного хода), которые могут быть автоматическими и ручными, рассоединение полуосей при помощи электрического или пневматического привода и т.д.



avtomarketkar-go.ru

Самоблокирующийся дифференциал / Доработки / ГАЗ-Клуб Екатеринбург

потому что меня часто спрашивают…

Самоблокирующийся дифференциал

1. позволяет устранить пробуксовку при разных коэффициентах сцепления колес автомобиля.

2. повышает проходимость автомобиля и его управляемость при движении по дорогам с разным покрытием.

3. улучшает динамику разгона автомобиля на дорогах с любым покрытием.


ну это все реклама…

вернемся к реальности — зачем оно надо ?!

Вы никогда не застревали на своей любимой Волге?

Видели как буксует одно колесо которое висит в воздухе или попало в грязь/снег, а второе спокойно стоит и машина никуда не едет?

это работает дифференциал

его задача передавая крутящий момент на колеса, но при этом позволять им вращаться с разной угловой скоростью

но часто этот плюс превращается в большой минус…

и тогда на сцене появляется дифференциал повышенного трения

его конструкция позволяет колесам вращаться с немного различной угловой скоростью, но при этом в нужный момент блокироваться и передавать равный крутящий момент от мотора на оба задних колеса

Что такое самоблокирующийся червячный дифференциал?

Самоблокирующийся червячный дифференциал (самоблок) — устройство, которое позволяет частично компенсировать главный недостаток свободного дифференциала, а именно его полную беспомощность при наезде одного колеса на скользкое покрытие. По принципу работы, самоблокирующиеся дифференциалы можно разделить на два типа: speed sensitive, то есть срабатывающих от разницы в угловых скоростях вращения полуосей, и torque sensitive — срабатывающих от разницы передаваемого на полуоси крутящего момента. Для понимания работы самоблока сначала разберёмся с принципом работы обыкновенного дифференциала и его недостатками.

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.

Принцип работы обыкновенного дифференциала Почему для этого нужен дифференциал? В любом повороте, путь колеса оси, двигающегося по короткому (внутреннему) радиусу, меньше, чем путь другого колеса той же оси, которое проходит по длинному (внешнему) радиусу. 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). Возвращаясь к вышеописанному проблемному свойству планетарного механизма, интересно рассмотреть ситуацию, когда полноприводный автомобиль с межосевым дифференциалом одним из четырёх колёс попал на тот же лёд (или в скользкую яму). Что тогда произойдёт? 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. Итог: из четырёх ведущих колёс осталось только одно, которое проскальзывает на льду — полноприводный автомобиль «застрял». Как же заставить дифференциалы передавать крутящий момент на колёса с более хорошим дорожным сцеплением? Для этого были разработаны различные способы частичной и полной, ручной и автоматической блокировки дифференциалов, которые будут рассмотрены ниже. Основной целью блокировки дифференциала является передача необходимого крутящего момента обоим его потребителям (полуосям или карданам). Существуют принципиально разные методы решения данной задачи.
Самоблокирующийся червячный дифференциал типа «Квайф»

Автором этой конструкции 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.

Принцип работы:

На рисунке приведен эскиз самоблокирующегося дифференциала. Рассмотрим его элементы и принцип работы. Когда одно из колес (например, правое) начинает отставать, связанная с ним полуосевая шестерня 4 вращается медленнее корпуса 1 и поворачивает входящий с ней в зацепление сателлит 5. Он передает движение связанному с ним сателлиту 5 из левого ряда, а тот, в свою очередь, на левую полуосевую шестерню 3. Так обеспечиваются разные угловые скорости колес в повороте. Благодаря разности крутящих моментов на колесах в винтовом зацеплении возникают осевые и радиальные силы, прижимающие полуосевые шестерни 3, 4 и сателлиты 5, 6 торцами к корпусу 1, 2. Сателлиты 5, 6 также прижимаются к поверхности отверстий 8, в которых они расположены. За счет этого и возникают силы осуществляющие частичную блокировку. Степень блокировки определяется соответствующим коэффициентом.

Кулачковый дифференциал



Кулачковый дифференциал является одним из дифференциалов повышенного трения. Такие дифференциалы при передаче крутящего момента к ведущим колесам автомобиля увеличивают его на отстающем колесе по сравнению с забегающем (буксующим).

Принцип работы кулачкового дифференциала иллюстрирует следующая схема:

На ней изображены две зубчатые рейки 2 и 3 со скругленными кулачками, водило дифференциала 1, в отверстиях которого располагаются сухарики 5. Ведущим звеном является водило. Усилие от водила передается на сухарики 5. Сухарики, опираясь закругленными концами на кулачки реек 2 и 3, толкают рейки в направлении перемещения водила. При одинаковых скоростях реек 2 и 3 все элементы на схеме движутся с той же скоростью, а сухарики в отверстиях водила неподвижны. Рассмотрим случай, когда скорость одной рейки, например, нижней рейки 2, становиться выше. Тогда ее кулачек, на который опирается сухарик, «убегает» вперед. Верхняя рейка своим кулачком подталкивает сухарик вниз. Скорость верхней рейки будет меньше, чем скорость водила. Но для перемещения сухарика требуется преодолеть трение в парах «отверстие водила-сухарик» и «сухарик-кулачек верхней рейки». Поэтому усилие, передаваемое от водила на отстающую рейку будет выше, чем на перемещающуюся с большей скоростью.

Для того, чтобы из рассматриваемой схемы получить реальную конструкцию, достаточно «свернуть» в кольцо обе рейки и водило. Цифрами на рисунке обозначены те же детали, что и на предыдущей схеме. Водило 1 соединено с корпусом дифференциала и ведомой шестерней главной передачи. Внутренняя звездочка 2 с кулачками через шлицевое соединение передает момент на левую полуось. Наружная звездочка 3 — на правый борт автомобиля. Представленная конструкция обеспечивает увеличение момента на отстающем колесе в 4-5 раз по сравнению с буксующим.
Шариковый дифференциал он же ДАК (Дифференциал автоматический красикова)

Принцип работы

• Механизм представляет собой симметричный, механический дифференциал с автоматической блокировкой.

• Дифференциал не содержит электронных, пневматических, гидравлических и других компонентов управления.

• Чисто механическая система деталей, не требует регулировки, настройки или наладки.

• Система смазки стандартная, как у классического дифференциала.

• Габариты и вес устройства аналогичен классическому дифференциалу.

• Количество основных деталей, 6 шт.

• Монтаж автоматического дифференциала на автомобиль не отличается от монтажа классического дифференциала.

• Автоматический дифференциал предназначен для работы в трансмиссиях любых колёсных транспортных средств, на различных дорогах и бездорожье, во всёх диапазонах скоростей и нагрузок.


1. Фланец шестерни главной передачи.

2. Корпус дифференциала.

3. Полуоси транспортного средства.

4. Полуосевые элементы.

5. Канал для прохождения шариков.

6. Тела качения – шарики.

«ДАК» — состоит из корпуса 2, с расположенными в центре двумя цилиндрическими полуосевыми элементами 4 торцами соприкасающимися друг с другом. На поверхностях полуосевых элементов выполнена винтовая резьба, на одном правого, на другом левого направления вращения. В корпусе 2 продольно оси его вращения выполнены два параллельных отверстия 5 близко расположенные друг к другу, равные диаметру применяемого шарика. Концы этих отверстий, соединены между собой, образуют замкнутый канал овальной формы, который заполняется шариками 6 одного диаметра. Замкнутая цепочка из шариков 6, если убрать полуосевые элементы 4, может перемещаться в овальном канале 5 совершенно свободно, без помех. Цепочка шариков в канале представляет собой как бы шестерню овальной формы, зубьями которой являются шарики. Одна длинная ветвь овального канала 5 расположена ближе к оси вращения полуосевых элементов 4 и вскрыта вдоль для погружения частей шариков в винтовые канавки резьбы полуосевых элементов. В каждый виток резьбы, заглублено по одному шарику цепочки, соединяя цепочкой шариков оба полуосевых элемента в единую кинематическую схему. Если мы станем поворачивать полуосевые элементы 4 в противоположные стороны, то цепочка шариков 6 придёт в движение, разрешая полуосевым элементам 4 легко и свободно поворачиваться. В этом случае «ДАК» работает как обычный дифференциал. Вращая корпус устройства 2, мы передаём мощность, через цепочку шариков 6 на винтовые канавки полуосевых элементов 4, а они, через полуоси 3, на колёса транспортного средства. При прямолинейном движении автомобиля полуосевые элементы неподвижны. Неподвижны и цепочки шариков их соединяющие. Оба ведущих колеса вращаются с одинаковой скоростью. В повороте наружное колесо увеличивает свои обороты относительно внутреннего колеса. Полуосевой элемент начинает вращаться, воздействуя на цепочки шариков своими винтовыми канавками. Цепочка шариков плавно сдвигается в овальном канале, позволяя другому полуосевому элементу, имеющему винтовые канавки противоположного направления вращения, вращаться в противоположную сторону, уменьшая обороты внутреннего колеса в той же пропорции, в которой увеличиваются обороты наружного. Таким образом, выполняется поворот автомобиля. В случае, когда одно из колёс попадает на скользкий участок, обычный, «классический» дифференциал позволяет колесу с наименьшей тягой увеличивать свои обороты, т.е. буксовать, юзить и т.д. С дифференциалом «ДАК» этого не происходит. Так как в этом случае полуосевой элемент буксующего колеса начинает вращаться. Его вращение, неизбежно вызывает вращение соединённого с ним цепочками шариков противоположного полуосевого элемента, который мгновенно довернёт другое колесо и вытолкнув машину, не даст ей буксовать. То есть проходимость, устойчивость и вездеходность автомобиля существенно увеличивается.

volga.ural.ru

Блокировка дифференциала: самоблок | Водитель авто

Конструкция и принцип работы трансмиссий современных автомобилей могут кардинально различаться между собой, тем не менее, ни одна из них не обходится без дифференциала. Он представляет собой часть главной передачи, предназначенную для разделения крутящего момента на две независимые ветви, на которых мощность и угловая скорость вращения могут варьироваться относительно друг друга.

Это позволяет компенсировать разницу расстояний, проходимых ведущими колесами автомобиля на поворотах, а значит – повысить управляемость, предотвратить пробуксовывание колес и ускоренный износ шин. Однако в классической механической конструкции дифференциала проявился ряд существенных недостатков, которые привели к разработке блокирующихся конструкций. Попробуем разобраться, для чего это нужно и как работает.

Предпосылки создания блокирующихся дифференциалов

Главной проблемой механического дифференциала, особенно опасной в случае тяжелых дорожных условий, стала возможность потери сцепления одним из ведущих колес. В таком случае происходит полное перераспределение мощности к вывешенному колесу, которое начинает свободно вращаться, а на сцепленное с поверхностью колесо поступает незначительный крутящий момент или не поступает вовсе. Чтобы бороться с этим, на первых раллийных автомобилях иногда просто заваривали дифференциал, исключая его из кинетической схемы трансмиссии. Позже появились комбинированные устройства, позволяющие временно отключать дифференциал по команде водителя – они получили название дифференциалов с ручной блокировкой.

Революционным шагом в развитии автомобилестроения стало появление самоблокирующихся дифференциалов. В силу своих конструктивных особенностей они способны в автономном режиме изменять характер своего действия. Исходной информацией для этого могут служить:

  1. Величина крутящего момента – задает условия работы устройств типа Quaife и Torsen.
  2. Разница угловых скоростей на ведомых шестернях – используется в дисковых и кулачковых системах, дифференциалах с вискомуфтой.

Все эти конструкции широко применяются в автомобилях самых различных типов и классов, от спорткаров до тяжелых внедорожников. Рассмотрим подробнее устройство и принцип работы самоблокирующихся дифференциалов.

Quaife

Система Quaife, разработанная в 1965 году, больше всего напоминает классическую схему. Главное отличие – использование косозубых шестерен вместо прямозубых. Результатом такого новшества стало возникновение вспомогательных сил, стремящихся раздвинуть зацепленные шестерни, отдалить их друг от друга. Получившие подвижность пары сцепленных друг с другом сателитов во время изменения крутящего момента на одном из колес расходятся, упираются торцевыми поверхностями в корпус дифференциала, в результате чего притормаживаются и выравнивают режим работы механизма.

Это она из самых простых конструкций, и именно поэтому ей свойственен ряд недостатков – быстрый механический износ, сопровождающийся падением эффективности, невозможность качественной реализации в заднеприводных и внедорожных автомобилях. Чаще всего Quaife встречается на легких переднеприводных спорткарах начального уровня.

Torsen

Система Torsen основана на червячной передаче и отличается высокой эффективностью. На сегодняшний день она объединяет три основных типа конструкций самоблокирующегося дифференциала, чувствительного к крутящему моменту:

  1. Тип-1 предполагает использование шестерен полуосей и сателитов в качестве червячных пар. Принцип его действия напоминает принцип действия системы Quaife – изменение момента сопровождается расклиниванием одной червяной пары и ее торможением о корпус дифференциала, а рабочий диапазон задается углом наклона зубьев червяка. Тип-1 является одним из самых мощных не только в серии, но и среди всех самоблокирующихся конструкций.
  2. Тип-2 использует сателиты, оси которых параллельны полуосям автомобиля. Принцип блокировки основан на торможении сателитов о специальные чашки, расположенные в корпусе дифференциала.
  3. Тип-3 включает все планетарные конструкции с червячными парами. Главное их достоинство – малые габариты, высокая эффективность, нетребовательность к условиям работы.

Теперь рассмотрим системы, принцип действия которых основан на разнице угловых скоростей ведомых шестерен дифференциала.

Дисковая блокировка

Конструкция дискового дифференциала предполагает наличие фрикционных муфт, принцип действия которых напоминает работу сцепления автомобиля. Часть дисков, входящих во фрикционные муфты, закреплена на корпусе механизма, часть связана с ведомыми шестернями конической конфигурации. Именно коническая форма способствует раздвижению и линейному перемещению шестерен, воздействующих, в свою очередь, на диски и блокирующих дифференциал. Для усиления конструкции в нее зачастую вводят вторую ведомую пару, а также распорные пружины.

Кулачковый дифференциал

Кулачковая система интересна в первую очередь тем, что позволила отказаться от применения классических шестерен в пользу сепараторного кольца, воздействующего на сухари, которые играют роль сателитов. Ведомые шестерни чаще всего сохраняются, хотя в некоторых конструкциях вместо них успешно применяют кулачковые диски или специальные кольца с волнообразной поверхностью.

Принцип работы кулачкового дифференциала основан на расклинивании сухарей между дисками – значит, при достижении некоторой разницы в угловых скоростях наступает мгновенная блокировка, а до этого момента дифференциал работает как классический механический. В наше время кулачковые механизмы, в силу своей конструктивной сложности и высоких эксплуатационных качеств, получили широкое распространение на военных и специализированных транспортных средствах, а также некоторых полноприводных автомобилях.

Вязкостная муфта

Вязкостная муфта или вискомуфта представляет собой, по сути, упрощенный и унифицированный вариант дискового дифференциала. Основным элементом конструкции является резервуар с вязкой жидкостью, в которой расположены наборы фрикционов – один соединен с полуосью, второй сообщается с ротором. Это позволяет пропорционально увеличивать сопротивление с увеличением разницы между угловыми скоростями вращения ведущих колес.

Главное достоинство вискомуфты – простота и дешевизна. Тем не менее, она достаточно громоздка и малоэффективна в действительно экстремальных дорожных условиях. Поэтому основная сфера применения муфты – недорогие легкие кроссоверы. Так она полностью раскрывает свой потенциал, выступает в роли удобно и надежного механизма.

В последние годы появление новых конструкционных материалов, совершенствование технологий их обработки и расширение возможностей компьютерного моделирования сформировали благоприятные условия для развития самоблокирующихся дифференциалов. Известные и проверенные конструкции улучшаются, создаются новые, перспективные механизмы. Вполне возможно, что вскоре самоблокирующийся дифференциал станет неотъемлемой частью большинства автомобилей.

voditelauto.ru

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о