Электродуговая блокировка дифференциала что это
Перейти к содержимому

Электродуговая блокировка дифференциала что это

  • автор:

Что такое дифференциал и для чего нужны блокировки

Изображение Что такое дифференциал и для чего нужны блокировки

Дифференциал — это механическое устройство, которое передает крутящий момент с одного источника на два независимых потребителя таким образом, что угловые скорости вращения источника и обоих потребителей могут быть разными относительно друг друга.

Такая передача момента возможна благодаря применению так называемого планетарного механизма. В автомобилестроении, дифференциал является одной из ключевых деталей трансмиссии. В первую очередь он служит для передачи момента от коробки передач к колёсам ведущего моста.

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).

Однако, это уже тема другого раздела. В данном разделе нас интересует дифференциал и его свойства. 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.

Полная (100%-я) ручная блокировка.

При таком типе блокировки, дифференциал фактически перестаёт выполнять свои функции и превращается в простую муфту, жестко связывающую полуоси (или карданы) между собой и передающую им одинаковый крутящий момент с одинаковой угловой скоростью. Для того, чтобы полностью заблокировать классический дифференциал, достаточно либо заблокировать возможность вращения сателлитов, либо жестко соединить между собой чашку дифференциала с одной из полуосей. Такая блокировка как правило реализована при помощи пневматического, электрического или гидравлического привода, управляемого водителем из салона автомобиля. Применяется как для мостовых, так и для межосевых дифференциалов. На картинке изображена схема блокировки компании ARB для мостового дифференциала, в которой блокируются сателлиты.

Включать подобного рода блокировки можно только при полностью остановленном автомобиле. Пользоваться ими надо крайне аккуратно, так как усилия мотора вполне достаточно чтобы «сорвать» механизм блокировки или поломать полуось. Применять такие блокировки желательно только на небольших скоростях для передвижения по труднопроходимой местности, так как при их применении в мостах (особенно в рулевых), автомобиль очень сильно теряет в управляемости. Как правило, жесткими блокировками мостовых и межосевых дифференциалов оборудуются полноценные рамные внедорожники, такие как Toyota Land Cruiser, 4Runner (Hilux Surf), Mercedes G-Class и. т. п.

Limited Slip Differentials — дифференциалы с ограниченным «проскальзыванием» (одной полуоси относительно другой).

Автоматическая блокировка с использованием
вискомуфты в качестве «Slip Limiter».

В этом случае применяется блокировка одной из полуосей с чашкой дифференциала. Вискомуфта монтируется соосно полуоси таким образом, что один её привод жестко крепится к чашке дифференциала, а другой — к полуоси. При нормальном движении угловые скорости вращения чашки и полуоси одинаковые, либо незначительно отличаются (в повороте). Соответственно, рабочие плоскости вискомуфты имеют такое же небольшое расхождение в угловых скоростях и муфта остаётся разомкнутой. Как только одна из осей начинает получать ощутимо больший момент и более высокую угловую скорость вращения относительно другой, в вискомуфте появляется трение и она начинает блокироваться. Причем, чем больше разница в скоростях, тем сильнее трение внутри вискомуфты и степень её блокировки. По мере увеличения степени блокировки вискомуфты и выравнивания угловых скоростей чашки и полуоси, трение внутри вискомуфты начинает падать, что ведёт к плавному размыканию вискомуфты и отключению блокировки. Данная схема применяется для межосевых дифференциалов, так как её конструкция слишком массивна для установки на мостовой редуктор. (Схема на картинке) Подобный механизм блокировки хорошо подходит для эксплуатации в условиях плохого дорожного покрытия, однако, в условиях настоящего бездорожья его способности далеко не выдающиеся: вискомуфта не справляется с постоянными сменами состояний сцепления мостов с грунтом, запаздывает при включении, перегревается и выходит из строя. Данный тип блокировки межосевого дифференциала можно встретить на «паркетных» внедорожниках: Toyota Rav4, Lexus RX300 и. т. п.

Кулачковые и зубчатые автоматические блокировки.

Принцип работы этих блокировок достаточно прост. Вместо классического шестеренчатого планетарного механизма используются кулачковые или зубчатые пары, которые при небольшой разнице в угловых скоростях полуосей имеют возможность взаимно проворачиваться (перескакивать), а при пробуксовке заклиниваются и блокируют полуоси друг с другом. Нетрудно себе представить, что происходит с автомобилем при срабатывании такой блокировки в повороте.

Некоторые экземпляры просто отключают одну из полуосей в момент возникновения небольшой разницы скоростей. Именно поэтому, штатно такими блокировками оборудуются только дифференциалы военной и специальной техники (БТР и. т. п.)

На картинках изображены (слева направо): кулачковая блокировка отечественного производства (БТР 60), Detroit Locker и Detroit E-Z Locker (компания Tractech).

Самоблокирующиеся дифференциалы.

Устройство таких дифференциалов довольно простое и принципиально ни чем не отличается от устройства обычного открытого дифференциала. Между полуосями и чашкой дифференциала добавлены комплекты блоков фрикционных пластин (которые помечены на картинке справа красными точками). Именно поэтому, подобные дифференциалы часто именуют «friction based LSD». Когда дифференциал пытается перераспределить крутящий момент на одну из полуосей и начинает возникать разница в угловых скоростях полуосей и чашки, пластины под действием силы трения сдерживают возникновение этой разницы. Разумеется, когда величина крутящего момента превосходит силу трения пластин, всё вращение передаётся на более легко вращаемую полуось. Такие блокировки работают в сравнительно небольшом диапазоне отношения моментов.

Довольно часто фрикционные блоки подпружинивают. Такие дифференциалы штатно устанавливаются в задний мост многих внедорожников — Toyota 4Runner (Hilux Surf), Nissan Terrano, Kia Sportage и. т. п. Американская компания ASHA Corp. пошла дальше, снабдив пакет фрикционов LSD дифференциала устройством блокировки, состоящего из насоса с поршнем (Героторный дифференциал). При возникновении разности в угловых скоростях полуоси и чашки насос нагнетает масло (жидкость) на поршень и сдавливает фрикционный блок, тем самым блокируя дифференциал. Данная конструкция получила название Gerodisk (Hydra-Lock) и штатно устанавливается на внедорожники Chrysler (на картинке слева). Практически для всех friction based дифференциалов необходимо применять специальное масло, которое содержит присадки, обеспечивающие нормальную работу фрикционных блоков.


Torque sensitive differentials.

Это одна из самых интересных, эффективных, технологичных и практически применяемых форм блокировки дифференциалов. Принцип работы основан на свойстве гипоидной пары «расклиниваться». В связи с этим, основные (или все) зацепления в таких дифференциалах гипоидные (червячные, или в простонародье — винтовые). Разновидностей конструкций не так уж и много — можно выделить три основных типа.

Первый тип производит компания Zexel Torsen. (T-1) Гипоидными парами являются шестерни ведущих полуосей и сателлиты. При этом каждая полуось имеет собственные сателлиты, которые парно связанны с сателлитами противоположной полуоси обычным прямозубым зацеплением. Следует отметить, что ось сателлита перпендикулярна полуоси. При нормальном движении и равенстве передаваемых на полуоси моментов, гипоидные пары «сателлит / ведущая шестерня» либо остановлены, либо проворачиваются, обеспечивая разницу угловых скоростей полуосей в повороте.

Как только дифференциал пытается отдать момент на одну из полуосей, то гипоидную пару этой полуоси начинает расклинивать и блокировать с чашкой дифференциала, что приводит к частичной блокировке дифференциала. Данная конструкция работает в самом большом диапазоне отношений крутящего момента — от 2.5/1 до 5.0/1, то есть является самой мощной в серии. Диапазон срабатывания регулируется углом наклона зубцов червяка.

Автором второго типа является англичанин Rod Quaife. В данном случае, оси сателлитов параллельны полуосям. Сателлиты расположены в своеобразных карманах чашки дифференциала. При этом парные сателлиты имеют не прямозубое зацепление, а образуют между собой еще одну гипоидную пару, которая расклиниваясь, так же участвует в процессе блокировки (на второй картинке). Подобное устройство имеет и дифференциал True Trac компании Tractech. Даже у нас в России появилось производство аналогичных дифференциалов под отечественные автомобили УАЗ и. т. д.

А вот компания Zexel Torsen в своём дифференциале T-2 предложила немного другую компоновку по сути, того же устройства (на картинке справа). Благодаря своей необычной конструкции, парные сателлиты соединены между собой со внешней стороны солнечных шестерней. По сравнению с первым типом, эти дифференциалы имеют меньший диапазон работы блокировки, однако они более чувствительны к разнице передаваемого момента и срабатывают раньше (начиная от 1.4/1). Компания Tractech недавно выпустила мостовой torque sensitive дифференциал Electrac, снабженный принудительной электроприводной блокировкой.

Третий тип производится компанией Zexel Torsen (Т-3) и используется в основном для межосевых дифференциалов. Планетарная структура конструкции позволяет сместить номинальное распределение момента в пользу одной из осей. Например, используемый на 4Раннере 4-го поколения дифференциал Т-3 имеет номинальное распределение момента 40/60 в пользу задней оси. Соответственно, смещен и весь диапазон работы частичной блокировки: от (front/rear) 53/47 до 29/71.
В целом, смещение номинального распределения момента между осями возможно в диапазоне от 65/35 до 35/65. Срабатывание частичной блокировки происходит при 20-30% разнице в передаваемых на оси моментах. Так же, подобная структура дифференциала делает его компактным, что в свою очередь, упрощает конструкцию и улучшает компоновку раздаточной коробки.
Вышеописанные torque sensitive дифференциалы очень популярны в автоспорте. Более того, многие производители устанавливают такие дифференциалы на свои модели штатно, как в качестве межосевых, так и межколёсных дифференциалов. Например, Тойота устанавливает такие дифференциалы как на легковые автомобили (Supra, Celica, Rav4, Lexus IS300, RX300 и. т. д), так и на внедорожники (4Runner / Hilux Surf, Land-Cruiser, Mega-Cruiser, Lexus GX470) и автобусы (Coaster Mini-Bus). Данные дифференциалы не требуют применения специальных присадок к маслу (в отличии от friction-based дифференциалов), однако лучше использовать качественное масло для нагруженных гипоидных передач.

Управление работой дифференциалов при помощи электронных систем контроля тормозных усилий (Traction Control и т. п.)

В современном автомобилестроении применяется всё больше и больше электронных систем контроля за движением автомобиля. Уже редко можно встретить автомобили, не оснащенные системой ABS (не дающей колёсам заблокироваться при торможении). Более того, уже с конца 80-х годов прошлого века передовые производители стали комплектовать свои флагманские модели системами контроля тяги и сцепления колёс — Traction Control. Например, Тойота установила систему Traction Control на Lexus LS400 в 1989 (90) году. Принцип работы такой системы прост: универсальные (так же обслуживают ABS) датчики вращения, установленные на контролируемых колёсах, фиксируют начало пробуксовки одного колеса оси относительно другого и система автоматически притормаживает забуксовавшее колесо, тем самым увеличивая на него нагрузку и вынуждая дифференциал отдать момент на колесо с хорошим сцеплением. При сильной пробуксовке, система так же может ограничивать подачу топлива в цилиндры. Работа такой системы очень эффективна, особенно на заднеприводных автомобилях. Как правило, при желании такую систему можно принудительно деактивировать кнопкой на приборной панели. Со временем, электронная система контроля тормозных усилий совершенствовалась и к ней добавлялись всё новые функции, работающие наряду с ABS и TRAC. (например управление разностью разблокировки рулевых колёс для более успешного прохождения поворотов). У всех производителей эти функции назывались по разному, однако смысл при этом оставался одинаковым. И вот, данные системы стали устанавливаться на полноприводные автомобили и внедорожники, причем в некоторых случаях они являются единственным средством контроля тяги и перераспределения крутящего момента между осями и колёсами (Mercedes ML, BMW X5). В случае, если внедорожник оснащен более серьёзными средствами распределения крутящего момента (жесткими блокировками и/или самоблокирующимися дифференциалами), то электронная система контроля тормозных усилий очень удачно дополняет эти средства. Хороший пример тому — великолепная управляемость и проходимость последнего поколения Тойотовских внедорожников 4Runner (Hilux Surf), Prado, Lexus GX470. Являясь представителями одной платформы, они обладают межосевым дифференциалом Torsen T-3 с возможностью жесткой блокировки, а так же электронной системой контроля тормозных усилий и тяги со множеством функций, помогающих водителю управлять автомобилем.

Подписывайтесь на нас в Яндекс.Новостях, Дзен и Telegram. Всё об охоте и рыбалке!

Дифференциал в авто

Дифференциал в машине – это механизм, предназначенный для разделения потока мощности двигателя между колесами. Основными его задачами являются автоматическое распределение крутящего момента, передаваемого на колеса, в соответствии с нагрузкой на них. Дифференциал в авто нужен из-за того, что в процессе поворота колеса с разных сторон автомобиля движутся по разным траекториям. Внутренняя (относительно оси поворота) сторона проезжает меньшее расстояние, чем внешняя, и если колеса будут крутиться одинаково, то с внутренней стороны они будут пробуксовывать, а с внешней – срываться в юз (скольжение). Дифференциал находится в трансмиссии и автоматически регулирует скорость вращения колес на одной оси. В полноприводных автомобилях с несколькими ведущими осями дифференциал, помимо каждой оси, присутствует в раздаточном механизме трансмиссии (выполненном в виде отдельной раздаточной коробки или внутреннего элемента КПП). Он выполняет аналогичную задачу, но распределяет крутящий момент и регулирует скорость вращения не осей, а приводных валов, передающих вращение на переднюю и на заднюю ось. Слово имеет латинскую этимологию и происходит от лат. differentia – «разница». Четко проследить историю его изобретения невозможно, так как даже в античных артефактах (Антикитерский механизм) присутствуют узлы, которые некоторые исследователи считают дифференциалом. Впервые на транспорте этот механизм внедрен французским часовщиком Онезифором Пекером в 1820-х годах, который приспособил его для паровой повозки. Первый в мире запатентованный автомобиль, созданный немецким инженером Карлом Бенцем в 1885 году, уже оснащался дифференциалом. В силу использования раздельного цепного привода колес там он располагался не на ведущей (как принято сейчас), а на промежуточной оси, закрепленной на раме.

Где находится дифференциал

  • в составе заднего и/или переднего моста, как часть редуктора (на заднеприводных и полноприводных авто с зависимой подвеской на ведущих осях, например, ВАЗ Жигули или УАЗ-469);
  • в составе отдельного редуктора ведущей оси (на авто с независимой подвеской, как BMW X5, Porsche Cayenne);
  • в составе коробки переключения передач (на большинстве авто с передним приводом);
  • в раздаточной коробке (межосевой дифференциал полноприводных авто, как ВАЗ Нива).

Конструкция и принцип дифференциала

Классический дифференциал автомобиля представляет собой планетарную передачу, так как она допускает две степени свободы для движущихся элементов (шестерен). То есть скорость вращения одной детали может меняться относительно скорости вращения других. Это свойство и позволяет автоматически распределять крутящий момент между колесами на оси. В плоском дифференциале, первом из использованных на автомобилях, оси вращения всех шестерен параллельны. Сейчас такие конструкции используются редко, так как они вытеснены более простым и надежным пространственным дифференциалом, имеющим перпендикулярно расположенные конические шестерни.

Неотъемлемыми элементами конструкции планетарного дифференциала на автомобиле являются:

Дифференциал в машине.

  • ведомые шестерни (3), неподвижно соединенные с валами привода (1);
  • корпус (5), жестко связанный с ведущей шестерней (2) и приводимый в движение шестерней (6) приводного вала (7) от КПП (на переднем приводе шестерня 2 зачастую приводится в движение вторичным валом КПП);
  • шестерни-сателлиты (4), связывающие ведущую шестерню с ведомыми.

В момент, когда с двигателя на ведущую шестерню передается вращение, а авто едет по прямой ровной дороге, сателлиты неподвижны относительно корпуса и вращаются вместе с ним. Это вращение передается ведомым шестерням, которые приводят в движение колеса или приводные валы осей.

Если траектория движения авто становится криволинейной или характер поверхности под колесами отличается (например, твердый асфальт и рыхлый песок), сопротивление колес вращению становится неодинаковым. В результате колесо, которое испытывает меньшее сопротивление, начинает вращаться быстрее, а второе – медленнее. Эффект достигается за счет того, что шестерни-сателлиты в корпусе при неравномерных нагрузках начинают вращаться в противоположные стороны. Чем больше разница в сопротивлении, тем больше и разница в скоростях вращения колес.

Из-за особенностей конструкции дифференциала суммарное количество оборотов, сделанное выходными валами привода (колесами или осями), всегда равно удвоенному количеству оборотов ведущей шестерни и корпуса. То есть если корпус сделал за минуту 100 оборотов, то и каждое из колес сделает по 100, а суммарно – 200 оборотов. По мере распределения крутящего момента скорость вращения колес будет отличаться, но суммарно они все равно будут делать оборотов вдвое больше, чем корпус. Например, если буксующее в грязи левое колесо сделает не 100 оборотов, а 150, то стоящее на твердом асфальте правое – только 50. В случае когда разница сопротивлений слишком велика, вращаться будет только одно колесо, делая это с удвоенной скоростью (200 оборотов слева и 0 – справа).

Дифференциал в авто

Отрасль: промышленность, транспорт, механика.
Этимология: дифференциал от лат. differentia – «разница».
Простыми словами: механизм для автоматического распределения усилий и регулировки скорости вращения колес.
Время появления: изобретен в античности, применяется на транспорте с XIX века.

Плоский планетарный дифференциал автомобиля. Система трансмиссии первого автомобиля Карла Бенца. Как выглядит дифференциал автомобиля в разрезе. Блокируемый дифференциал ведущего моста авто. Кустарная блокировка дифференциала путем сваривания. Кнопки управления принудительными блокировками дифференциала от внедорожника Mercedes Gelandewagen.

Блокировка дифференциала

По способу распределения крутящего момента дифференциал автомобиля бывает:

  • свободный – допускает распределение крутящего момента между выходными валами в любом соотношении (от равномерного 50:50 до 100:0, когда одно колесо вращается с двойной скоростью, а второе неподвижно);
  • самоблокирующийся (повышенного трения) – допускает автоматическое распределение момента при небольшой разнице в скоростях колес (как при повороте), но жестко блокируется, если она превышает заложенный конструкторами предел;
  • принудительно блокируемый – работает как свободный при выключенной блокировке, но обеспечивает жесткую связь и синхронность вращения колес после ее включения.

Свободное распределение момента (от равномерного 50:50 до 100:0) позволяет улучшить управляемость авто, предотвращая его занос на поворотах, а также замедляет износ шин. Однако оно же является недостатком в условиях гололеда, песка, грязи и других неблагоприятных дорожных условий, поскольку возникает пробуксовка колес на месте. Чтобы предотвратить ее, автомобили повышенной проходимости оснащаются механизмом блокировки дифференциала.

Самоблокирующиеся дифференциалы по типу устройства делятся на дисковые, червячные, винтовые, кулачковые, вязкостные и другие. Отличия между ними заключаются в конструкции механизма, включающего блокировку. Такой дифференциал работает как обычный свободный, когда авто едет по качественному твердому покрытию, но автоматически блокируется в случае буксования одного из колес.

Принудительно блокируемые дифференциалы также могут иметь разный вид привода, включающего блокировку. Он бывает механическим (приводится жесткой тягой, тросом и т. д.), гидравлическим (подключается давлением жидкости), пневматическим (воздуха). Управление блокировкой производится как напрямую механически (водитель приводит в действие тягу или кран), так и электрически (водитель нажимает кнопку, а дальше в ход идет электрический привод блокирующего механизма). Первый метод применяется на старых автомобилях и некоторой спецтехнике, второй – на современных кроссоверах и внедорожниках.

На спортивных автомобилях, предназначенных для соревнований по дрифту и ралли, блокировка дифференциала может осуществляться в кустарных условиях. Более технологичная процедура заключается в установке механизма, который блокирует шестерни и может отключаться. Упрощенная блокировка осуществляется путем сваривания между собой сателлитов и ведомых шестерен для жесткой их фиксации друг относительно друга и невозможности прокручивания. Такую процедуру иронично называют «электродуговая блокировка».

Имитация блокировки дифференциала

Для повышения проходимости автомобилей, не оснащенных механизмом блокировки дифференциала (автоматической или принудительной), производители используют электронную имитацию блокировки, работающую на базе антиблокировочной системы колес (ABS). На таких авто пробуксовка предотвращается тормозными цилиндрами, управляемыми компьютером (ЭБУ), на основе показаний датчиков скорости вращения колес.

Если система фиксирует, что одно колесо на оси вращается значительно быстрее другого (возникла пробуксовка), оно принудительно затормаживается по сигналу ЭБУ. Так как сопротивление вращению резко увеличивается, дифференциал начинает передавать момент на второе колесо, упирающееся в более твердую поверхность. Как только оно страгивается с места, тормозной механизм отключается, чтобы не создавать лишнего сопротивления.

Современные ABS, оснащенные быстро реагирующими датчиками и производительными ЭБУ, способны осуществлять попеременную блокировку и разблокировку колес несколько раз в секунду. За счет этого достигается повышение эффективности системы имитации блокировки дифференциала.

Значимые патенты дифференциалов

  • Один из первых запатентованных ведущих мостов для транспорта, содержащих дифференциал, изобретения Дж. Н. Бритца (1890).
  • Один из первых механизмов принудительной блокировки дифференциала авторства Уильяма Бернема (1909).
  • Экзотический дифференциал без планетарной передачи Дорра Миллера (1919).
  • Самоблокирующийся червячный дифференциал автомобиля (1934).
  • Самоблокирующийся червячный дифференциал автомобиля (1960).
  • Самоблокирующийся дисковый дифференциал автомобиля (1967).

Как это устроено: блокировка дифференциала

Ранее мы уже публиковали материал, посвященный автомобильному дифференциалу. Советуем ознакомиться – найти его можно здесь. В материале вскользь упоминалось то, зачем нужна блокировка дифференциала. Если вкратце: при отсутствии системы блокировки в определенных случаях колесо с нормальным сцеплением будет иметь слишком малый крутящий момент, в отличие от вывешенного. В обычных условиях это не проблема, но стоит автомобилю увязнуть в грязи или глубоком снегу… Словом, с блокировкой дифференциала стоит разобраться – это действительно интересная вещь, о которой грамотному автолюбителю стоит знать.

Дифференциал автомобильный

Коротко о главном

Для начала освежим память. Дифференциал – это специальный механизм, ответственный за распределение крутящего момента по колесам. Он делает так, что одно колесо начинает вращаться быстрее, чем второе. Это особенно важно при поворотах, когда одно колесо встречает достаточно большое сопротивление, а второе, напротив, встречает сопротивление малое. При отсутствии дифференциала первое колесо попросту начало бы вращаться медленнее, чем второе. А все дело в том, что дифференциал стремится передать крутящий момент туда, где сопротивление наименьшее . Это наиболее простое объяснение. В действительности механика процесса имеет более сложное объяснение, но усложнение лишь повредит восприятия, так что остановимся на этом.

Элементы дифференциала

Блокировка дифференциала — это механизм, который позволяет временно заблокировать передний и задний дифференциалы автомобиля, чтобы обеспечить максимальное сцепление колес с поверхностью и улучшить проходимость в сложных условиях. Предлагаем в них разобраться и выяснить, какая же блокировка будет наилучшей.

Принцип блокировки

Блокировку классического дифференциала реализовать довольно просто. Для этого нужен выделенный специально под такую задачу пневматический, гидравлический или же электрический привод и сопутствующие механизмы (о них чуть позже). Управление может быть автоматическим или же ручным. Блокировка применима как к межосвевым, так и мостовым дифференциалам. Она может быть осуществлена посредством:

  • Соединения чаши (корпуса) дифференциала с полуосью;
  • Блокировки вращения сателлитов.

Как несложно догадаться, блокировка таит в себе опасность повреждения механизма . Вот например: автомобиль движется с некоторой скоростью и водитель вручную блокирует дифференциал. Так как для осуществления блокировки нужно создать жесткое соединение или же ограничить вращение некоторых элементов дифференциала, существует риск «срыва» механизма или же поломки полуоси. По этой причине блокировку безопасно осуществлять или при полной остановке автомобиля, или при движении на невысоких скоростях . Однако и здесь бывают исключения, обусловленные самим устройством механизма блокировки дифференциала. О них далее.

Устройство дифференциала

Блокировки с помощью вискомуфты

Вязкостные муфты находят множество применений в автомобилестроении. Они доказали свою эффективность и в реализации блокировки дифференциала. Технически все довольно просто: вискомуфту монтируют так, что одним приводом она закреплена к полуоси, а другим – к чашке (корпусу) дифференциала. В случае движения по ровной дороге угловые скорости полуоси и корпуса будут одинаковыми, так что вискомуфта не будет обеспечивать блокировку – она остается разомкнутой. Здесь есть несколько важных моментов:

  • Блокировка осуществляется за счет повышения трения внутри вискомуфты;
  • Чем больше разницах в скоростях, с которыми вращаются полуоси и чашка, тем выше будет степень блокировки;
  • Замыкание и размыкание вискомуфты происходят достаточно плавно (однако замыкание происходит быстрее).

Вариант блокировки с помощью вискомуфты отлично подходит для автомобилей, которые эксплуатируются в довольно жестких, но все же не экстремальных условиях . Например, вискомуфта обеспечивает своевременную блокировку дифференциала по ходу езды по некачественным дорожным покрытиям, но вот в условиях настоящего бездорожья она показывает себя не так хорошо. Причина проста: устройство запаздывает при включении и перегревается вследствие постоянного чередования условий «нормальное сцепление мостов – плохое сцепление – временное отсутствие сцепления». Но, как и было сказано, в остальном такой вариант блокировки применяется довольно широко. Вискомуфтами дифференциалов оснащены такие популярные кроссоверы, как Lexus RX300 и Toyota RAV4 .

Самоблокирующиеся дифференциалы

Запчасти на Toyota rav4

RAV 4 III suv (A3) (01.05 — 12.12)

Запчасти на Hafei princip

PRINCIP 5 sedan (06 — )

Подобные дифференциалы имеют широкое распространение: Kia Sportage , Toyota 4Runner и многие другие модели. Многие автомобили еще советских временем имели механизм самоблокировки дифференциалов, хотя отечественный автопром по неясной причине отказывался от применения подобных механизмов в некотором своем транспорте. А устроены они почти так же, как обычные открытые дифференциалы, за той лишь разницей, что между чашкой и полуосями в них располагаются блоки фрикционных пластин.

Классический вариант самоблокирующегося дифференциала работает так: когда между полуосью и чашкой возникает разница в угловых скоростях, а сам дифференциал «пытается» перераспределить момент между ними, его работе начинают препятствовать фрикционные пластины. Дифференциалы с фрикционными блоками называют дисковыми. Нередко блоки подпружинивают, что увеличивает их надежность и позволяет использовать подобную блокировку в большем диапазоне отношений моментов. Однако последнее все равно остается слабым местом самоблокирующихся дифференциалов – диапазон моментов крайне невелик.

Один из вариантов исполнения дифференциала

С учетом недостатков самоблокирующихся дифференциалов, многие инжиниринговые компании направили серьезные экспертные и проектные мощности для поиска решений. Особенно преуспела компания ASHA Corp . Она улучшила механизм самоблокировки, снабдив его специальным насосом с поршнем. Доработанный дифференциал стали называть героторным, а саму насосную конструкцию окрестили как Hydra-Lock. При этом работает обновленный механизм как классический самоблокирующийся дифференциал, но с той оговоркой, что при нагнетании давления насосом поршень начинает давить на фрикционный блок. Это довольно простая и надежная конструкция, повышающая эффективность блокировки. Она используется во внедорожниках от Chrysler и на некоторых моделях Jeep .

Система “Torque sensitive differential”

Система таких компаний, как R.T. Quaife Engineering и Zexel Torsen стоит выделить в отдельный раздел. Самоблокирующиеся дифференциалы имеют множество исполнений, однако механизмы упомянутых компаний особенно интересны. По факту, они работает с гипоидными парами, которые имеют свойство «расклиниваться». Это позволяет не только быстро вводить в работу механизм блокировки, но и производить разблокировку дифференциала именно тогда, когда нужно.

Схематическое изображение дифференциала Torque

Дабы читателю было понятно, о чем идет речь, расскажем немного о гипоидных парах, которые еще называют гиперболоидными парами . Это особый вид винтовой зубчатой передачи, в которых сцеплены конические колеса с криволинейными или коническими зубьями. Самый важный момент: эти колеса расположены друг относительно друга под некоторым углом. Зачастую он равен 90°. Конструкций механизмов блокировки с использованием гипоидных пар как минимум три:

  1. Гипоидные пары типа «ведущая шестерня – сателлиты» (T-1). Каждая полуось в такой конструкции имеет свои сателлиты, связанные с сателлитами другой полуоси прямозубым зацеплением. В нормальном состоянии пара заклинена, но как только дифференциал отдает момент одной из полуосей, пару расклинивает и это приводит к частичной блокировке;
  2. Гипоидные пары, в которых оси сателлитов расположены параллельно полуосям (T-2). При этом сателлиты располагаются в чем-то вроде карманов чашек дифференциала. Спаренные сателлиты образуют между собой еще одну пару, которая при определенных условиях расклинивается и начинает работать на блокировку дифференциала;
  3. Планетарный механизм блокировки. Принципиально отличается от двух вышеуказанных конструкций и в чем-то им уступает (T-3). Его основные особенности: смещенные диапазоны работы частичной блокировки и номинального распределения моментов между осями, компактность, высокая надежность.

Все три конструкции имеют достаточно широкое распространение, хотя многие концерны отдают предпочтение именно третьему варианту. Так, например, подобным механизмом блокировки дифференциала оснащают спортивные автомобили. Дело в и диапазоне работы и распределении момента, и геометрии механизма, и в его малом весе. Но на в обычных легковых автомобилях и тем более внедорожниках такие механизмы тоже находят применение. Особенно часто их можно видеть на автомобилях от концерна Toyota : Land Cruiser, 4Runner, Supra, RAV4 (4 поколения), Celica.

Механизм с кулачковой муфтой

Вышеописанные механизмы устройства блокировки могут показаться довольно сложными. Однако практически все они начинал свой путь именно с этого классического механизма, а вернее, тандема «кулачковая муфта привод». Со временем этот тандем сильно преобразился, причем появились как новые типы приводов, так и были серьезно доработаны кулачковые муфты .

Кулачковая муфта

Если вкратце, то кулачковая муфта представляет собой пару полумуфт, которые располагают на концах соосных валов . В своем обычном положении полумуфты разомкнуты. На торцах полумуфт по кругу расположены т.н. кулачки прямоугольного или трапецевидного профиля. При необходимости блокировки вала полумуфты жестко сцепляются – пододвигаются и заполняют пространства между кулачками противостоящей полумуфты – обеспечивая передачу крутящего момента от одного вала к другому. Как несложно догадаться, момент зацепления полумуфт сопровождается ударом. По этой причине их снабжают специальными демпфирующими вставками . Сам механизм может приводиться в действие одним из следующих приводов:

  • Электрический;
  • Механический (встречается все реже);
  • Пневматический;
  • Гидравлический.

Многие автомобили имеют механический привод кулачкового дифференциала, однако сегодня все более распространенным становится электрический привод. Дело не только в его высокой надежности, но и в удобстве. Механизм блокировки может быть приведен в действие нажатием всего одной кнопки на приборной панели автомобиля. Если управления полностью ручное и исключает электрику, то почти наверняка оно требует манипуляций с рычажным механизмом . Последний и приводит в действие гидравлику или пневматику, которая далее блокирует дифференциал за счет замыкания кулачковой муфты.

Подробнее об электронной блокировке

Сразу отметим, что электронная блокировка дифференциала по сути не является блокировкой – это лишь ее имитация. Данная система работает в тандеме с ABS автомобиля и называется Traction Control или EDS. Первым автомобилем с электронной блокировкой дифференциала стал Lexus LS400 , выпущенный в 1989 году. С тех пор система не особо изменилась. Она предусматривает наличие таких элементов:

  • Датчики вращения колес;
  • Электронный блок управления.

Здесь стоит отметить следующее: в отличие от вышеуказанных механизмов блокировки, электронная система может давать команду на создания давления в автомобильной тормозной системе. Она имеет насосы обратной подачи, а также пару клапанов в гидравлическим блоке ABS . Работу системы можно поделить на 3 фазы:

  1. Фаза увеличения давления:
  2. Фаза временного удержания давления;
  3. Фаза быстрого сброса давления.

Как читатель наверняка догадался, время начала и конца фаз будут зависеть от наличия и степени пробуксовки колес. Однако не стоит думать, что электронная блокировка исключает использование привычных систем блокировки дифференциала. Напротив, вседорожный транспорт остро нуждается в дополнительных системах контроля крутящего момента, который получают колеса. Невероятная проходимость автомобилей последних поколений 4Runner и Prado от японского концерна Toyota обусловлена добавлением к имеющейся системе блокировки дифференциала T-3 электронного «помощника».

Дифференциал с электронной блокировкой

Выбор системы блокировки дифференциала

Автолюбитель вполне может доработать свой автомобиль, заменив конструкцию, отвечающую за блокировку дифференциала, или добавив ее в случае отсутствия. Мы не будем давать рекомендаций по подбору соответствующих агрегатов, так как это требует индивидуального подхода. Скажем лишь, в что в процедуре замены устройств блокировки есть смысл лишь тогда, когда ваш автомобиль в своей штатной комплектации не имеет такого оснащения и в будущем вы хотели бы эксплуатировать его в жестких условиях (плохие дороги, бездорожье, глубокий снег, болота и т.п.). На выбор есть несколько вариантов блокировки:

  • Жесткая. Плюсы: проста в использовании и дешева в покупке и монтаже. Минус: становится причин повышенного износа трансмиссии;
  • Принудительная. Плюсы: возможность самостоятельно включать и выключать блокировку, отсутствие негативного влияние на управляемость транспорта. Минусы: высокая стоимость и сложность в установке;
  • Самоблокирующийся дифференциал. Плюсы: относительно доступная цена и простота в установке. Минус: особенности работы, влияющие на «рулежку» автомобиля – какое-то время после блокировки дифференциала он продолжает ехать прямо.

Многие владельцы автомобилей с обновленным механизмом блокировки отмечают, что принудительная блокировка является наилучшим вариантом для тех, кто хочет повысить проходимость автомобиля , а также иметь возможность управлять работой механизма блокировки напрямую. По факту, принудительная блокировка может использоваться лишь в определенных ситуациях, а в остальном она никак не будет влиять на работу трансмиссии и не помешает водителю. Если у вам полноприводный автомобиль, то как передний, так и задний дифференциал имеет смысл оснастить механизмом принудительной блокировки с механическим или гидравлическим приводом – система обеспечит максимальную проходимость, а ее надежность будет крайне высокой.

Вывод

Механизмы блокировки призваны устранить главный недостаток свободных дифференциалов – их полную неспособность передавать крутящий момент колесу с нормальным сцеплением в тех случаях, когда автомобиль попадает в грязь или глубокий снег. Но на практике блокировка в принципе повышает проходимость автомобиля в тяжелых условиях. Вариантов ее реализации довольно много и выше мы охватили лишь основные – в действительности конструкций очень много, но не все они получили широкое распространение. Для полного понимания роли блокировки в работе дифференциала мы рекомендуем ознакомиться с данным материалом.

Заваренный дифференциал на бездорожье: плюсы и минусы

Заваренный дифференциал

Честный полный привод является залогом высокой проходимости автомобиля или другой техники. Но вот реализуется он практически всегда с применением межосевых и межколесных дифференциалов, а на кроссоверах так вообще используются вискомуфты, которые не подходят для полного бездорожья. Принцип работы дифференциала упрощенно выглядит так: крутящий момент передается туда, где легче провернуть ось или колесо. Сделано это преимущественно для улучшения управляемости, особенно в поворотах, когда колеса вынуждены вращаться с разными угловыми скоростями. Но вот на бездорожье наличие дифференциала способствует ухудшению проходимости из-за того, что крутящий момент передается колесу, имеющему наихудшее сцепление с поверхностью. И если межосевой дифференциал часто имеет возможность блокировки, как на той же Ниве, то межколесный редко отличается такой полезной функцией, за исключением, разве что, некоторых дорогих внедорожников.

«Электродуговая» блокировка дифференциала

Почти на любой внедорожник в продаже можно найти самоблокирующиеся и принудительно блокирующиеся дифференциалы. Их конструкция может быть различной, соответственно выбор довольно разнообразным, особенно на массовые внедорожники, такие как Нива, УАЗ, Toyota Land Cruiser, Mitsubishi Pajero и прочие. Но самым бюджетным и простым способом заблокировать любой дифференциал является его заварка. Просто с помощью сварочного аппарата привариваем сателлиты к осевым шестерням и получаем постоянно заблокированный дифференциал.

Заваренный дифференциал

Такой подход часто используют любители дрифтинга и бездорожья. Заваренный редуктор позволяет равномерно распределить крутящий момент между колесами, тем самым значительно повысив проходимость автомобиля. Но есть и обратная сторона, заблокированный мост существенно ухудшает управляемость, поэтому использовать такой автомобиль на дорогах общего пользования опасно.

Плюсы и минусы заваренного редуктора на бездорожье

В статье про трицикл из мотоцикла Урал я говорил, что дифференциал в жигулевском мосту заварен. Но позже туда был установлен обычный дифференциал. Разница почувствовалась сразу.

Шина

Итак, перечислим основные достоинства заваренного дифференциала на бездорожье:

  1. Проходимость. Что есть, то есть. Из-за отсутствия распределения крутящего момента проходимость заметно повышается. Снижается вероятность пробуксовки колеса из-за недостаточного сцепления с поверхностью, что само по себе уже ухудшает это сцепление. Подробнее про этот эффект (трение покоя и скольжения) в статье по типам полного привода (ссылка в конце этой статьи).
  2. Прямолинейность движения. С заблокированным редуктором трицикл стремится ехать прямо в любых условиях, что иногда оказывается полезно. Можно, например, тормозить поворотом руля. Но этот эффект скорее мешает, чем помогает. Подробнее чуть ниже.

На этом достоинства «электродуговой» блокировки моста заканчиваются, а недостатков у нее не меньше.

  1. Управляемость. Точнее ее отсутствие. Из-за того, что оба задних колеса постоянно вращаются с одинаковой угловой скоростью трицикл поворачивает неохотно. Особенно это мешает при резких поворотах и разворотах. Сложнее точно держать траекторию движения, а если попал в глубокую колею, то выехать из нее почти невозможно.
  2. Тяжелое управление. Вытекает из предыдущего пункта. Особенно проявляется при продолжительных поперечных кренах, когда руки просто «затекают» от постоянного напряжения на руле.
  3. Нагрузка на конструкцию. Особенно страдает подвеска, как передняя, так и задняя. Пару раз отрывало тяги заднего поста, крепление задних амортизаторов, треснула рама в районе рулевой колонки. С обычным редуктором ничего подобного не наблюдалось, даже при жесткой эксплуатации.
  4. Возможно малый срок службы заваренного дифференциала. На Урале ввиду относительно малой мощности двигателя (около 35 л.с. против 75 л.с. у жигулевского) заваренный мост исправно служил более двух лет без каких-либо проблем. Но при использовании «электродуговой» блокировки на автомобиле, да еще и по асфальту, думаю мост долго не протянет.

Вывод

Заметного ухудшения проходимости после установки на трицикл обычного дифференциала не наблюдалось. Даже на скользкой поверхности «гребут» обычно два колеса. Только если сцепление с поверхностью у колес заметно различается, тогда блокировки действительно не хватает. Зато управляемость заметно улучшилась, что позволило виртуозно маневрировать в сложных ситуациях. А это, как я считаю, гораздо важнее. Конечно, блокировка бы не помешала, но только автоматическая или подключаемая вручную. Но не постоянная.

Еще нужно учесть, что перечисленные плюсы и минусы заваренного моста ярко проявляются при использовании его на трицикле. Т.е. если, скажем поставить заваренный мост на автомобиль, у которого база гораздо больше, то управляемость ухудшится не так сильно. А если он еще и полноприводный, то этот эффект будет еще менее заметен. Но лучше все таки потратиться на самоблоки или принудительные блокировки, если речь идет об автомобиле, который будет использоваться не только для бездорожья, но и для повседневных поездок по городу.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *