Одной из наименее понятных частей автомобиля является дифференциальный механизм, который считается важнейшим компонентом двигательной системы. Этот редуктор делает возможным движение колёс благодаря дифференциальной передаче крутящего момента двигателя. Но не менее важными являются устройства, используемые для временного или полного ограничения его работы. Для чего нужна ? Начнём с напоминания о задачах и работе самого механизма.
Что такое дифференциал
Каждый поворот колеса автомобиля, проходящего по разному дорожному покрытию, может осуществляться с одной и той же скоростью. Дифференциальный механизм передаёт крутящий момент, сгенерированный в автомобиле, к колёсам через карданный вал. Он контролирует скорость с помощью механизма передачи. Поворачиваясь, оба колеса вращаются с различной скоростью, и это дифференциальное распределение скорости стало возможным благодаря этому механизму.
Колёса вращаются с различной скоростью, особенно в поворотах. Каждое из них должно преодолеть различное расстояние - внутренние проходят более короткое расстояние, чем внешние колёса. Поскольку скорость равна расстоянию, пройденному за определённое время, необходимо распределить расстояние между внешними и внутренними колёсами.
Для неведущих полуосей вашего автомобиля это не проблема. Они не имеют никакой связи между собой, поэтому вращаются независимо. Но ведущие колёса связаны между собой так, чтобы одна полуось и трансмиссия могли прокрутить оба. Если ваш автомобиль не имеет дифференциала, они вращаются с одинаковой скоростью. Это затрудняет движение.
Дифференциал находится на всех современных легковых и грузовых автомобилях, а также на . Большинство из них имеют такой механизм в задней части, в связи с карданным валом. Подобный механизм позволяет развивать равные и разные скорости движения. Существует три основных типа этого механического устройства:
- открытые;
- повышенного трения;
- полная блокировка дифференциала.
Каждый из типов имеет различные механизмы контроля вращения колеса. Если одна из полуосей будет иметь гораздо более низкое сопротивление, чем другая (например, одно колесо попадёт на лёд), весь механизм иммобилизуется и передаёт вращающий момент на одну полуось, которая не имеет тяги. Автомобиль, конечно, не будет двигаться с места. Вот блокировочное устройство, которое прекращает работу механизма, а крутящий момент идёт на оба колеса или оси.
Блокировка дифференциала
Чтобы позаботиться о неравномерном распределении мощности крутящего момента, был разработан ручной и автоматический замок механизма деления момента. Колёса автомобиля, оснащённые таким механизмом, будут иметь одинаковые скорости вращения, так как они будут связаны или заблокированы в относительном движении друг к другу. Независимо от трения, которое испытывают колёса, скорость вращения будет поддерживаться одинаковой. Полное блокирование дифференциала предлагает лучшее сцепление с дорогой по сравнению с открытым типом. Наиболее выгодно , когда оба вращающих элемента испытывают различное количество тяги.
Блокирование дифференциала полезно для внедорожников. Этот тип механизма имеет те же части, что и открытый механизм, но с добавлением электрического, гидравлического или пневматического устройства ограничения двух выходных шестерён.
На видео - что такое блокировка дифференциала:
Обычно он приводится в действие вручную с помощью переключателя - активируется, когда вращаются с той же скоростью. Если одно колесо попадает с твёрдого покрытия на землю, другое продолжает вращаться с той же скоростью.
Где установить
Стандартный ответ экспертов гласит, что установить ограничение следует в задней части. Если вы хотите иметь гарантию, что задние колёса будут иметь ту же тягу, что и передние, устанавливайте ограничение этого механизма. К тому же заднее ограничение имеет меньшее влияние на возможности вашего автомобиля. Кстати, блокировка дифференциала своими руками не очень сложная задача, которую можно с ямой.
Автоматическая или ручная
Вы должны решить, какую блокировку выбрать:
- полную;
- частичную.
Полное ограничение дифференциала бывает:
- ручным;
- автоматическим.
Частичное блокирование дифференциалов работает только в автоматическом режиме.
Полная блокировка
Такой вид ограничения механизма не предусматривает разницы в скорости вращения полуосей и, как следствие, колёс. На бездорожье это приведёт к пробуксовке, а на твёрдом покрытии увеличится и элементов трансмиссии. Чтобы самостоятельно включать/выключать блокировочное устройство, следует установить ручной привод.
Ручная блокировка
Ручное ограничение заменит существующий перепад скоростей вашего автомобиля при нажатии специальной кнопки, активизирующей внешний источник, который, в свою очередь, войдёт в сцепление с замком.
Избирательная система блокирования является более сложным механизмом с некоторыми вариациями, требующими от водителя остановки, чтобы сделать изменения в работе дифференциала. В качестве альтернативы можно использоваться механизм повышенного трения или систему контроля тяги.
Плюсы:
- когда ограничение выключено, ось ведёт себя нормально, поэтому на езду не влияет;
- вы сами решаете, когда включить ограничение, что позволяет более точно управлять автомобилем .
Минусы:
- вы должны снять одну руку с руля, чтобы нажать кнопку, что нежелательно во время сложных препятствий;
- забыв выключить ограничение, поездки на скорости с блокированной осью могут повредить дифференциал;
- довольно дорогое удовольствие, так как нужно установить отдельную систему приведения в действие механизма.
Автоматическая блокировка
Автоматическое ограничение дифференциала работает всегда, когда ваша нога находится . Именно поэтому её нужно настроить под ваш стиль вождения. Вот поэтому многие водители её не приемлют.
Плюсы:
- блокирование будет работать всегда, когда вам это нужно. Таким образом, вы можете сосредоточиться исключительно на вождении и держать обе руки на руле всё время;
- следует заметить, что такая блокировка дифференциала своими руками более проста, чем при ручном способе.
Минусы:
- такой вид ограничения ощущается на дороге. Особенно слышно шум шин при прохождении поворотов, а также сопротивление ;
- при зацеплении шестерней раздаётся щелчок, что некоторые водители находят раздражающим фактором, к которому невозможно привыкнуть.
Частичная блокировка
Если ваша езда вовсе не экстремальная, достаточно установить частичную блокировку, которая только частично исключает пробуксовку колёс. Этот механизм работает самостоятельно, что довольно удобно для водителей. По сравнению с полной блокировкой даёт меньшую нагрузку на трансмиссию, увеличивая тем самым её ресурс.
Частичное ограничение бывает двух видов:
- с использованием фрикционных дисков;
- с использованием косозубых шестерён (наиболее известные Quaife и Torsen).
Что выбрать
Задача довольно непростая, учитывая большое разнообразие. Однако при выборе следует учесть несколько факторов.
Для городских условий подойдут: вискомуфта или же дисковые муфты. Относительная дешевизна, надёжность, простота установки и автоматическая работа делают блокировку дифференциалов с использованием червячных шестерён наиболее привлекательной . Экстремалам можно порекомендовать принудительные полные блокировки.
На видео - обзор пневматической принудительной блокировки:
Как установить блокировку дифференциала самостоятельно
Установка блокировки стоит достаточно дорого. Помимо самого устройства (цена на него варьируется от 10 до 50 тыс. р. и выше), вам придётся приобрести дополнительные аксессуары.
Добавьте к этому установку в мастерской и необходимость менять изношенные детали, такие как подшипники, и цена за это удовольствие возрастёт в несколько раз.
Если у вас есть навыки автомеханика, вы можете установить систему своими руками. Для этого вам потребуется:
- измерительный инструмент;
- специальные регулировочные кольца.
Порядок установки:
- Установить автомобиль на яме.
- Закрепить домкратами.
- Открутить колёса.
- Снять барабаны.
- Открутить и вытянуть полуоси.
- Открутить и вытянуть кардан.
- Открутить и вытянуть редукторы.
- Поставить блокировку и проделать работы в обратной последовательности.
Регулировка привода включения блокировки
Для того чтобы установить включения, нужно произвести регулировку рабочего хода.
Блокировка дифференциалов является единственным способом исправить недостаток самого механизма, когда он посылает крутящий момент на «неправильные» колёса. Она может отключить возможность дифференцировать его поровну, что позволит колёсам вращаться с разными скоростями.
На видео - установка и тест блокировки дифференциала:
При отключении дифференциала рулевое управление становится достаточно трудным и колёса получат максимум крутящего момента. Это гарантирует, что в любой сложной дорожной ситуации (полное бездорожье, лёд или провисание колеса) вы сможете переместить автомобиль на ровную поверхность.
При всём разнообразии выбора блокировка дифференциалов своими руками под силу даже малоопытному водителю, если есть сам механизм и необходимый инструмент. Вы уже установили ограничение дифференциала на ваш автомобиль? Поделитесь своим опытом.
Обычный, или свободный дифференциал обладает как плюсами, но и одним большим минусом. Все знают об одной «подлой» и «коварной» особенности дифференциала. О том, когда одно колесо стоит на скользком или плохом покрытии, а другое на поверхности с хорошим сцеплением, то будьте уверены – дифференциал обязательно найдёт колесо с полностью или почти отсутствующим сцеплением с дорогой, и всю тягу мотора перебросит на него – одним словом начнётся пробуксовка! И это относится не только к моноприводным машинам, но и к джипам с отключёнными или отсутствующими блокировками, где даже все три колёса на сухом отличном асфальте, а одно на льду или в грязи, то начнёт буксовать именно оно.
Одним словом работа свободного дифференциала обладает «особенностью», когда выражаясь научным языком, при пробуксовке одного колёса ведущей оси или осей, на другое/другие колесо/колёс распределяется, или передаётся крутящий момент, недостаточный для трогания с места! И как раз чтобы предотвратить это, придумана блокировка дифференциала. Называется самоблокирующийся дифференциал, или самоблок. Чтобы выполнить блокировку дифференциала необходимо выполнить одно из двух условий: соединение корпуса дифференциала с одной из полуосей; ограничение вращения сателлитов. Вот и ролью блокировки дифференциала является увеличение крутящего момента на колесе/колёс (оси) с лучшим сцеплением.
Бывает полная или частичная блокировка. Полная блокировка дифференциала означает жёсткое соединение частей дифференциала, при котором мощность двигателя может полностью может передаваться на колесо, у которого лучшее сцепление с дорогой.
Далее, при частичной блокировке дифференциала происходит ограничение величины, передаваемого усилия между свободными при обычных условиях частями дифференциала, и следовательно, связанное с ней увеличения крутящего момента на том колесе, у которого наилучшее сцеплением с дорогой.
Коэффициентом блокировки оценивается величина повышения/увеличения крутящего момента на свободном колесе. Проще говоря, коэффициент блокировки отвечает за отношение крутящего момента на отстающем, свободном колесе к моменту на забегающем колесе, или буксующем. Если симметричный свободный дифференциал, то коэффициент блокировки равен 1, так как на каждом из колёс крутящие моменты всегда равны. Но когда дифференциал заблокирован, то коэффициент блокировки может находиться в пределах 3-5. Однако, следует знать, что дальнейшее увеличение коэффициента блокировки крайне нежелательно, ибо может привести к поломке агрегатов трансмиссии.
Как говорилось выше, блокировка дифференциала может применяться как на межколёсных дифференциалах на моноприводном авто, так и на межосевых дифференциалах. Они, как правило, бывают, как только для среднего дифференциала (большинство моделей имеют только такой тип, например Нива), так и заднего и среднего (множество джипов-профессионалов), и наконец, трёх, включая передний мост. Таким арсеналом обладают редкие профессиональные джипы, например Мерседес Джи-Ваген. Блокировку переднего дифференциала (межколесного) полноприводного автомобиля в обычных режимах обычно не включают, так как машина снижается управляемость, и машина начинает ехать плугом, то есть постоянно сносит и почти не слушается командам руля! Так что, такой режим – с тремя включенными блокировками, годиться только для очень тяжёлого бездорожья, и то когда машина прямо двигается.
Блокировка дифференциалов можно включить принудительно, вручную, или и это происходит автоматически. Ручная блокировка дифференциала включается по команде водителя, из салона при помощи соответствующих кнопок или рычагов. Автоблокировка дифференциала включается с помощью специальных технических механизмов – самоблокирующихся дифференциалов.
О принудительной, или ручной блокировке дифференциала
Принудительную блокировку дифференциала можно включить, как правило, посредством кулачковой муфты, который, обеспечивает жёсткое соединение корпуса дифференциала и одной из его полуосей.
Замыкать или размыкать кулачковые муфты можно с помощью разных типов приводов. Таких как механического, электрического, пневматического или гидравлического.
Жёсткая принудительная блокировка. Данный тип применяется в межколесных и/или межосевых дифференциалах полноприводных версий автомобилей, преимущественно в профессиональных вездеходах. Применяется для преодоления внедорожником труднопроходимых участков, а при их преодоления обязательно выключается.
В конструкции механического привода объединяются рычаг и тросы или система рычагов. Путём перемещения водителем рычага в определенное положение включается блокировка дифференциала. Это должно происходить при неподвижном автомобиле. Полностью остановить машину, если он в движении, и только после этого включить или выключить. Правда, вот уже десять лет есть модели джипов, на которых можно включить/выключить прямо на ходу, на скоростях до 60-90 км/ч. В будущем, вероятно, появятся и более продвинутые эластичные системы подключения.
Гидравлический привод блокировки дифференциала состоит из главного и рабочего цилиндров. В пневматическом приводе исполнительным элементом является пневмоцилиндр, или пневмокамера. Чтобы замыкать муфты в электрическом приводе - применяется электромотор. Включение блокировки дифференциала, инициации привода производится нажатием соответствующей кнопки в салоне, который находится на панели приборов.
О самоблокирующемся дифференциале
Самоблокирующийся дифференциал имеет также и другое название – дифференциал повышенного трения, Limited Slip Differential, сокр. от LSD. По своей конструкции представляет собой компромисс между свободным дифференциалом и полной блокировкой дифференциала «в ноль», т.к. даёт реализовать при необходимости возможности и первого варианта и другого.
В автомобильном мире существует две категории самоблокирующихся дифференциалов - первая, блокирующиеся в зависимости от разности угловых скоростей колёс, и вторая - блокирующиеся от разности тяг, крутящих моментов.
К первому типу относятся дисковый дифференциал, дифференциал с вискомуфтой, или вязкостной муфтой, а также так называемая электронная блокировка дифференциала. Блокировка происходит в зависимости от разности крутящих моментов в червячном дифференциале.
Простейший дисковый дифференциал является симметричным дифференциалом, в котором находятся дополнительные один или два пакета фрикционных дисков. Одной частью фрикционные диски жёстко связаны с корпусом дифференциала, а с другой – с полуосью.
Принцип работы дифференциала повышенного трения дискового типа основывается на силе трения, которая возникает из-за разности скоростей вращения полуосей.
При движении в прямолинейном направлении, когда корпус дифференциала и полуоси вращаются с одинаковой скоростью, то фрикционный пакет свободно вращается как единое целое. При прохождении поворотов увеличивается частота вращения одной их полуосей, и соответствующая ей часть дисков в пакете фрикционов начинает быстрее вращаться. Тогда между дисками создаётся сила трения, которая препятствует увеличению частоты вращения. На свободном колесе крутящий момент увеличивается, и этим включается частичная блокировка или полная.
В дифференциале степень сжатия фрикционных дисков бывает фиксированной – при таком методе блокировка реализуется с помощью пружин постоянной жесткости, или переменной – а при таком способе осуществляется с помощью гидравлического привода, в том числе с электронным управлением.
Перейдём к любимой теме производителей настоящих спорткаров, спортивных версий стандартных моделей, и наконец, стритрейсеров, а именно к дисковому дифференциалу - к LSD. Его применяют в качестве межколесного дифференциала спортивных автомобилей (как говорилось выше, сюда входят как настоящие спорткары, так и «подогретые» версии стандартных моделей, например Хонда Интегра, Цивик, Рено Клио и др.), а также в роли межосевого (очень редко межколёсного) дифференциала в автомобилях повышенной проходимости «паркетного» типа и внедорожники со средними возможностями.
Червячный самоблокирующийся дифференциал - что это такое?
Этот тип блокировки гарантирует автоматическую блокировку исходя из разности, так сказать крутящих моментов, которые на корпусе и полуоси, то есть на приводном вале. Когда начинает проскальзывать колесо, что сопровождается падением крутящего момента, то блокируется червячный дифференциал и перераспределяет тягу мотора на свободное колесо, считай на колесо с лучшим сцеплением. А сама величина коэффициента блокировки при этом частичная, и эта величина всегда прямо зависит от степени уменьшения, падения крутящего момента.
Ярчайшим примером среди конструкций червячных дифференциалов считаются дифференциал Torsen, от сокращенного понятия Torque Sensing, что значит чувствительный к крутящему моменту, и самоблок Quaife - Куайф. Конструкция данных дифференциалов включает планетарный редуктор, который состоит из ведомых или полуосевых шестерен червячного типа, и ведущих, то есть сателлитов. Сателлиты устанавливаются как параллельно полуосям, как во всех Куайф, и модели Торсен Т-2, так и по отношению к полуосям перпендикулярно – как в торсеновской модели Т-1. Торсен является основой трансмиссий легендарных Кваттро от Ауди, начиная от модели А4 и его горячих производных, заканчивая люкс-внедорожником Ку7. Не оснащаются разве Торсенами разве что полноприводники-модели А1 и А3, соплатформенники бюджетных Фольксвагенов, Сеатов и Шкод.
Отличительной чертой червячной шестерни является то, что она приводит во вращение другие шестерни, а сама при этом вращаться от других шестерен не может. В этот момент, говоря простым языком, расклинивается червячная шестерня. Данное свойство и является основой работы частичной блокировки червячных дифференциалов.
Червячные «самоблоки» нашли широкое применение как в качестве межколесных дифференциалов, так и межосевых.
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.
Споры в форумах и курилках не утихают: надо ли блокировать межосевой дифференциал на скользких зимних дорогах? фанаты полноприводников давным-давно разбились на два лагеря и отстаивают свою правоту до хрипоты. Одни с пеной у рта доказывают, что блокировка межосевого дифференциала помогает держать обледенелый асфальт, другие готовы зуб отдать, что лишь мешает.
Чтобы поставить точку в споре, мы погрузили в "Ниву" два десятка конусов, измерительный комплекс "Датрон" и отправились на заснеженную площадку полигона НТЦ ВАЗа.
Все заезды проводим на однородном покрытии, при температуре воздуха минус 9-10 градусов. Шины - старенький зимний нешипованный "Мишлен" размерностью 175/80R16.
Начнем с разгона на однородном скользком покрытии. Задача - тронуться и как можно быстрее набрать скорость. Дистанция - 50 м. Трогание и разгон на первой-второй наиболее показательны - с переходом на высшие передачи колеса пробуксовывают гораздо меньше. Повторяем несколько разгонов с блокировкой и без.
Чуда, разумеется, не произошло: время практически одинаково. В такой ситуации блокировка не помогает. Коли так, зачем ее включать? Другое дело, если асфальт чередуется с пятнами снега и льда - тогда блокировкой лучше воспользоваться.
Движение в повороте. На снегу мы раскатали до блеска круг. Диаметр сделали таким, чтобы руль был повернут на один оборот от среднего положения. Таким образом, передние колеса оказались вывернуты на довольно большой угол, но при корректировке траектории оставалась возможность довернуть баранку. Теперь выставляем круговой коридор из конусов: внутренние расположили по диаметру 18,5 м внешние на 24,5 - так, чтобы ширина проезда составляла 3 м.
Для начала я езжу вкатыванием, на грани скольжения, опять-таки переключая рычаг раздатки. Газ придерживаю в обоих случаях: без блокировки автомобиль норовит заскользить наружу колесами передней оси. С заблокированным дифференциалом уберегаю от заноса заднюю ось.
А приборы твердят, что время прохождения круга в незаблокированном состоянии не намного, но меньше, чем с блокировкой. Средняя скорость - 14,8 км/ч против 14,2. Разница вроде небольшая, почти 4%. И все же становится ясно, что автомобиль с блокированным дифференциалом сорвется в скольжение при меньшей скорости, чем без блокировки. А скольжение для большинства водителей равносильно потере управляемости.
Теперь повторяю упражнение, но уже с увеличением скорости, переходя в скольжение. Условия прежние - удержать машину в трехметровом коридоре, то есть не пускать в глубокий занос.
Без блокировки руль приходится повернуть на больший угол, чем потребовалось бы на сухом асфальте, то есть почти до упора. Чуть поигрывая газом, вызывая пробуксовку и снос передка, заставляю идти "Ниву" не по минимальному радиусу, а по большему, по требуемой траектории. При определенных навыках это довольно просто: добавил газ - увеличил радиус траектории, сбросил - уменьшил.
С блокировкой - наоборот, руль нужно слегка "распрямить", так как занос задней оси сам доворачивает автомобиль. Но этот занос надо удерживать в начальной фазе, не давая ему развиваться. Иначе полноприводник того и гляди сметет "хвостом" фишки внешнего радиуса. По субъективным ощущениям, в этом режиме скорость самая высокая, а что показывают приборы?
Наиболее быстрым все равно остается незаблокированный вариант, хотя в обоих режимах трансмиссии скорости практически одинаковы.
Вывод таков - даже в начальных фазах скольжения блокировка не помогает, хотя разница в предельных скоростях с блокировкой и без нее становится заметно меньше, чем при движении вкатыванием.
Короткая "змейка". Конусы ставим с шагом 7,5 м, заезд "туда и обратно" с разворотом при минимальном радиусе. Общая длина дистанции - 120 м. Ехать приходится, естественно, без скольжений - иначе в створ не попасть. Без блокировки машина, как и прежде, норовит уехать прямо и при входе в поворот, и на дуге. А вот с блокировкой ситуация несколько изменилась - при входе в поворот машина "принимает" маневр неохотно, норовит ехать прямо, а при движении по дуге стремится соскользнуть в занос.
Итог - без блокировки заезд, не переходящий в скольжение, оказывается быстрее примерно на 4%.
А теперь "змейка" подлиннее. Расстояние между конусами увеличиваем до 15 м, разворот исключаем. "Трасса" получилась более плавная и скоростная. Мягкие повороты позволили поворачивать руль на меньший угол. Самый быстрый результат здесь, как и на короткой "змейке", достигается на грани скольжений. Скорость заметно возросла, а вот разница между "с блоком" и "без" снизилась почти в два раза - только 2%. Естественная закономерность - чем плавнее повороты, тем меньше влияние блокировки.
Танцы на льду на "Ниве" лучше всего исполнять с включенной блокировкой. В таком режиме она скользит более прогнозируемо. Вписывается передними колесами в поворот только при сбросе газа, хотя и менее охотно, чем при выключенной блокировке. Зато "подкрутить" заднюю ось в заносе удается только при заблокированном дифференциале. Вообще-то, самым быстрым будет завинтить машину перед входом в поворот, поставив ее боком - и уже так прописывать радиус. С выключенной блокировкой вызвать "подправляющий" занос, увы, практически невозможно. Впрочем, дороги общего пользования не полигон и с такими манерами соваться на них негоже.
При торможении юзом положение рычага блокировки безразлично - все равно все четыре колеса скользят. Если же тормозить "на грани", то на смешанном покрытии заблокированный дифференциал оказывает и вовсе медвежью услугу. Как только одно из колес попадает на более скользкий участок дороги, оно мгновенно срывается в юз. Другое, связанное с ним через межколесный дифференциал, пытается вращаться в два раза быстрее - блокировка-то включена и "лишний" момент не может уйти на другой мост. Из-за разнородного покрытия машину начинает разворачивать.
Резюме . Заблокированный дифференциал снижает скорость прохождения скользких поворотов вкатыванием. Скорость, при которой автомобиль начинает оскальзываться на дороге при включенной блокировке ниже. Вредность блокировки зависит от крутизны поворотов и коэффициента сцепления колес с дорогой. Чем круче повороты и более скользкое покрытие - тем раньше полноприводник с заблокированным дифференциалом потеряет управление. На практике это означает, что на льду ваш автомобиль вдруг откажется поворачивать - поедет прямо. Либо уже на дуге поворота при легком добавлении газа его развернет поперек дороги, а то и вовсе задом наперед.
Помочь в троганье и повысить эффективность разгона блокировка, увы, не в состоянии. Если, конечно, на дороге однородное покрытие, а не мозаика из островков льда, снега и чистого асфальта. К тому же блокировка при торможении может помочь потерять контроль над автомобилем.
А тем, кто любит погонять по льду замерзшего озера, дифференциал лучше заблокировать. Тогда машина ведет себя в скольжениях более понятно и однозначно.
Общий вывод : блокировка межосевого дифференциала повышает проходимость автомобиля и ухудшает управляемость на скользких дорогах.
Дифференциал в автомобиле играет роль распределяющего элемента, позволяя вращаться колесам с различной скоростью. Это необходимо для нормальной езды в обыкновенных городских условиях, но на бездорожье становится существенным минусом, ограничивая проходимость автомобиля. Поэтому некоторые авто оснащаются специальной блокировкой дифференциала - что это, как функционирует и какие бывают её виды - обо всём этом читайте далее.
Блокировка дифференциала - что это такое и как функционирует
Блокировка дифференциала даёт возможность существенно увеличить крутящий момент у того колеса, которое имеет наиболее лучшее сцепление с дорогой. В ситуациях с диагональным вывешиванием автомобиля или прохождения им сложных грязевых участков блокировка необходима, иначе колесо с меньшим сцеплением возьмёт за себя весь крутящий момент и транспортное средство теряет возможность дальнейшего продвижения. Выражается это, простыми словами, в буксовке и застревании, либо вообще в отсутствии возможности сдвинуться с места (например, при заезде на камни или холмики задним левым и передним правым колесами, когда заднее правое и переднее левое оказываются в воздухе). На крайнем мероприятии, в котором участвовал клуб, при выезде за , один из наших экипажей на Лада4х4 как раз демонстрировал работу самоблокирующегося дифференциала и его пользу при преодолении брода.
Блокировка дифференциала может выполняться путём соединения самого дифа с любой полуосью, что позволяет уменьшить скорость вращения сателлитов. Блокировать диф можно как полностью, так и частично:
Полная блокировка дифференциала подразумевает под собой полную сцепку, позволяющую почти на 100% передавать крутящий момент на ту ось с колесом, где лучше сцепление. В большинстве ситуаций на бездорожье такая блокировка считается самой оптимальной и предпочтительной;
Частичная блокировка дифференциала функционирует по аналогии с жесткой, но передаёт крутящий момент туда, где есть более высокое сцепление не полностью, а лишь на какой-то определенный процент от 100.
Важным фактом в понимании работы блокировки дифференциала выступает такая штука, как коэффициент блокировки, отображающий соотношение крутящего момента (далее КМ) между шинами с лучшим и худшим сцеплением. Так, на свободном дифференциале он равен единице, что означает одинаковый КМ у обеих шин. На заблокированном же дифе этот коэффициент уже существенно выше (как правило, от трёх до пяти. Возможность сделать его выше есть, но таким образом можно быстро сломать трансмиссию или её определенные элементы).
Блокировка дифференциала чаще всего встречается как межколесная, так и межосевая. В основном устанавливают блокировку в задний мост, так как при монтаже её в передний привод управляемость автомобиля существенно снижается. Хотя для прохождения прямых и коротких участков две блокировки будут предпочтительнее одной в заднем мосту. Но чаще всего автомобили оснащаются именно задней блокировкой, которая без труда ставиться в дифференциалы большинства внедорожников - УАЗ, ВАЗ, многих зарубежных марок. А вот, к примеру, на некоторые современные варианты внедорожников, как модификации, блокировки дифференциала не будет вообще и возможность его установки пока под вопросом.
Принудительная и автоматическая блокировка дифференциала
Также нужно помнить, что блокировки заднего дифференциала (да и остальные) различаются способом включения - это может быть ручное, механическое включение или же автоматическое. Механическое включение также называют принудительным - водитель сам, по желанию, активирует блокировку дифференциала. Автоматика же срабатывает самостоятельно, при потере одним из колес сцепления до определенного момента. Автоматику также называют самоблокирующимися дифами или самоблоками. Подробнее о видах блокировки ниже:
Ручная блокировка дифференциала гарантирует полное, почти стопроцентное сцепление корпуса дифа с любой из полуосей. Сцепление осуществляется посредством кулачковой муфты, замыкающейся и размыкающейся, в свою очередь, посредством привода. Устройство, называемое приводом, можно ставить в разных вариантах. Бывает оно электрическим, механическим или гидравлическим (с пневматикой).
Механика очень проста - в кабине водителя есть рычаг, который тросами соединяется с муфтой. Приводя рычаг в нужное для блока положение джипер блокирует дифференциал и начинает преодолевать препятствие. Но блокировать таким образом диф можно только в стоящем на месте авто. Делать это при движении нельзя.
Гидравлика чуть сложнее - авто оснащается несколькими цилиндрами. А главным рабочим элементом пневмопривода становится пневмокамера.
Электронная блокировка дифференциала устроена чуть более сложно - тут замыкание муфты осуществляется посредством маленького двигателя. Но в работу это приводится просто - нажатием нужной кнопки прямо на панели приборов авто.
Ручное блокирование дифференциала возможно как в межосевом варианте, так и в межколесном и нужно помнить, что по обыкновенной дороге или просто твердой поверхности, когда все колеса имеют нормальное сцепление, ездить можно только в свободном режиме. Блок дифа ставят только для преодоления трудного участка дороги или бездорожья. Либо заранее, за несколько метров до начала участка, либо непосредственно в проблемной ситуации, когда машина уже застряла. Естественно, включать блок желательно заранее;
Самоблокирующийся дифференциал также называют дифференциалом повышенного трения или LSD (Limited Slip Differential).
На зарубежных, особенно стареньких внедорожниках, это очень популярный вид блокировки, который считается чем-то средним между полным блоком дифа и его не заблокированным состоянием. Вариативность обеспечивает автомобилю автоматическое реагирование на дорожные или бездорожные условия, передавая часть КМ на то колесо, у которого лучшее сцепление.
Можно разделить самоблокирующийся дифференциал на два типа - тот, который блокирует, обращая внимание на разный КМ колес и смотрящий на их разные угловые скорости.
Так, самоблок, работа которого основывается на разнице между угловыми скоростями, может быть представлен дисковым дифференциалом, вискомуфтой (дифференциалом с вязкостной муфтой) или же быть электронным. Во всех случаях блокировка производится непосредственно руководствуясь разницей между КМ колёс.
Такими самоблоками комплектовались , последний из которых недавно был выпущен и отправлен в музей.
Чуть позже будут тематические статьи о том, как работает дисковый дифференциал и как функционирует вискомуфта (вязкостная муфта).