Для чего нужна блокировка дифференциала?
Для чего нужна блокировка дифференциала.
Блокировка дифференциала является одним из самых эффективных способов повышения проходимости колесной машины. В любом автомобиле, предназначенном для эксплуатации на бездорожье и имеющем межосевой дифференциал, конструкторы обязательно вводят механизм его блокировки. Иногда машину оснащают механизмом, блокирующим межколесный дифференциал заднего моста, и крайне редко – блокирующим дифференциал переднего моста (и на то есть серьезные причины).
Блокировка дифференциала, как любое техническое решение, имеет свои достоинства и недостатки. Чтобы разобраться, в каких случаях требуется использовать блокировку, а в каких ее использовать нельзя, нужно для начала понять принципы, на которых основано ее действие, и разобраться, что же меняется при блокировании этого таинственного механизма силового привода автомобиля, имя которому дифференциал.
Как оно работает (немного упрощенно).
Попробуйте зимой прыгнуть в длину с места. Вы расставляете ноги на ширину плеч, сгибаете их в коленях, переносите центр тяжести вперед, отталкиваетесь и… ничего не происходит.
Оказывается, ваша правая нога случайно оказалась на скользком льду, в то время как левая на сухом асфальте. Из-за этого хороший прыжок не получился: правая нога проскользнула назад, и от неожиданности вы не успели вложить всю «толчковую» силу в левую ногу. Итог комичен: ноги разъехались взад-вперед и вы чуть не упали.
Как же поступить в данных обстоятельствах, чтобы обеспечить ногам возможность хорошо оттолкнуться?
Очень просто, нужно связать их между собой, например, стянуть широким ремнем. Теперь две ноги превратились как бы в одну толчковую ногу, будут работать совместно, и максимально используют для развития силы толчка силу своего сцепления с опорной поверхностью. Точно такой же процесс происходит при взаимодействии ведущих колес автомобиля с дорогой.
Как известно, обычный межосевой дифференциал малого трения, находящийся в заднем мосту, всегда подводит к колесам равное усилие (окружную силу). Правое колесо на льду не может оттолкнуться от опорной поверхности с большой силой, сцепление недостаточное. Из-за этого дифференциал не может подвести к нему большую силу, это физически невозможно. А раз так, то он и к левому колесу, находящемуся на асфальте, подведет такую же низкую силу, как и к колесу на льду. Он выровняет усилия, распределяемые между колесами, «ориентируясь» на правое колесо. Из-за этого автомобиль сдвинется с места медленно и с пробуксовкой правого колеса, его колеса «разъедутся» и не смогут использовать для хорошего «толчка» имеющуюся силу сцепления левого колеса, которая в данных конкретных условиях будет по значению примерно в семь раз выше, чем у правого. Но из-за свойства дифференциала «делить поровну» левое колесо использует для создания тяговой силы (силы, толкающей автомобиль вперед) лишь 1/7 часть силы своего сцепления с асфальтом.
Значит нужно, как и при прыжке человека с места, крепко связать колеса между собой, чтобы они вращались или буксовали совместно, словно единое колесо.
Для этой задачи применяют специальный механизм, который не дает вращаться шестерням дифференциала, блокирует их и связывает два колеса между собой жесткой связью, обеспечивая их постоянное вращение с равным числом оборотов. Он называется «механизм блокировки (отключения) дифференциала», или в просторечье – блокировкой. Заблокированный (выключенный) дифференциал не имеет возможности выравнивать усилие между колесами, они становятся связанными между собой единой осью, в результате к каждому из них через детали силового привода может быть подведена максимально возможная сила, предельное значение которой будет определяться силой сцепления каждого из колес с опорной поверхностью. Где сцепление лучше – туда и будет приложена большая сила.
Основная цель блокировки дифференциала – обеспечение ведущим колесам возможности полного использования силы сцепления с опорной поверхностью для создания тяговой силы, необходимой для поступательного движения автомобиля.
Когда нужно блокировать дифференциал (включать блокировку).
Из вышеизложенного очевидно, что наибольшая эффективность от блокировки дифференциала проявляется в условиях, когда имеется существенная разность в величинах сил сцепления колес, между которыми он установлен. Сила сцепления определяется произведением части от общего веса автомобиля, приходящегося на колесо, и коэффициента сцепления шины с дорогой. Отсюда очевидно, что наибольшая эффективность от блокировки межколесного дифференциала будет в случаях полного отрыва колеса от опорной поверхности, что иногда возникает при проезде через гребневые препятствия (т.
Блокирование межосевого дифференциала необходимо при существенной разнице сил сцепления колес переднего и заднего мостов, например, когда при развороте машины одно из колес заднего моста заехало в канаву с водой (или на мокрый суглинок), в то время как другие колеса находятся на сухой поверхности. Или при строгании с места в условиях бездорожья, когда хотя бы одно из колес имеет плохое сцепление с грунтом, поскольку суммарная тяговая сила всех 4-х колес автомобиля при незаблокированном симметричном межосевом дифференциале равна учетверенному значению тяговой силы колеса, имеющего самое низкое сцепление.
Другим случаем является движение на крутой подъем, когда вес между мостами автомобиля распределен неравномерно.
Тяжело свести вместе все ситуации, да и не имеет смысла. Проще руководствоваться нехитрым правилом: ПЕРЕД тем, как съехать на бездорожье, нужно заблокировать межосевой дифференциал. Если предполагается преодоление участка тяжелого бездорожья, нужно заранее заблокировать задний межколесный дифференциал.
Передний межколесный дифференциал нужно блокировать (если есть такая возможность) в исключительных случаях и только при прямолинейном движении.
Также очевидна необходимость блокировки дифференциалов при попытке выйти из засады, когда автомобиль уже застрял.
Нужно понимать, что наличие в ведущих мостах механизмов блокировок дифференциалов не превратит автомобиль в вездеход, который с легкостью пройдет по любому бездорожью. Блокировка дифференциала есть лишь один из многочисленных способов повышения проходимости, и если на ведущем мосту автомобиля, укомплектованного штатной «всесезонкой», будут буксовать два колеса, этот вовсе не означает, что тяговая сила моста будет в два раза выше по сравнению с буксованием только одного колеса.
Недостатки блокировок дифференциалов.
Путь, по которому идет автомобиль на бездорожье, имеет кривизну в плане и профиле, обусловленную изменением траектории движения, задаваемой рулевым управлением, и неровностями волнистого характера, то есть буграми и впадинами.
Из-за этого каждое из колес моста за одну единицу времени проходит разный путь, следовательно, одно из колес на одном временном промежутке должно вращаться с большим (меньшим) числом оборотов, чем другое. Особенно сильно данное скоростное (кинематическое) несоответствие проявляется при движении машины по кривой малого радиуса. В этом случае внутреннее (по отношению к центру поворота) колесо будет проходить путь значительно меньший, чем наружное, следовательно, за одну единицу времени наружное колесо должно вращаться с большей угловой скоростью, чем вращается внутреннее. Данную потребность разрешает межколесный дифференциал, который обеспечивает возможность вращения полуосевых шестерней и полуосей, связанным с колесами, с разным числом оборотов.
То есть наружное колесо будет работать в тормозном режиме, тормозить движение, а вся тяговая сила моста будет развиваться внутренним колесом. Это обстоятельство повлечет снижение проходимости, особенно при движении по грунтам, крепким в верхнем слое, но слабым в нижнем, например, по дерновому (покрытому травой) лугу, просохшему после дождей верхнему слою суглинка (при раскисшем нижнем слое) и т.д. Внутреннее колесо будет срывать твердый слой и закапываться в грунт.Чтобы в этом примере оба колеса работали в ведущем режиме, необходимо, чтобы внутренне колесо вращалось со значительной пробуксовкой, тогда и наружное колесо сможет развить тяговую силу. Но пробуксовка колеса на бездорожье в большинстве случаев больше вредит, чем помогает: с одной стороны, это способствует лучшему самоочищению протектора, с другой – углубляет колею, увеличивая силу сопротивления качению, которая на слабых грунтах и без того немалая. А увеличение глубины колеи может привести к тому, что за гребень, образующийся между колесами, начнет цеплять и тормозить движение низко расположенная деталь автомобиля, например картер моста или нижний рычаг подвески.
И по-хорошему, при поворотах малого радиуса нужно бы блокировку выключить, чтобы дать дифференциалу возможность развязать колеса (или ведущие мосты). Вот только не всегда это возможно на ходу, да и внедорожная ситуация может неожиданно поменяться и потребовать быстрого включения механизма блокировки. Поэтому обычно уж если начал движение с заблокированным межосевым и задним межколесным дифференциалами, так и шуруй, пока не застрянешь или не выедешь на твердую поверхность.
Особенно остро данный недостаток применения блокировки при поворотах сказывается при блокировании дифференциала переднего моста. Стоит слегка повернуть руль, как наружное колесо тут же начнет тормозить движение машины, то есть пользы для проходимости не будет. К тому же это вызовет возникновение момента сопротивления повороту, машина будет стремиться идти прямо, несмотря на повернутые в сторону колеса. А это уже опасно и в некоторых случаях может повлечь наезд на твердые предметы, которые водитель вполне мог бы и объехать.
Вот одна из причин, по которой автомобили повышенной проходимости, предназначенные для любительского использования, никогда штатно не оснащаются блокировкой дифференциала переднего моста. Одна, но не самая главная.
После блокирования дифференциала резко увеличиваются знакопеременные нагрузки, воздействующие на детали силового привода автомобиля. Это и является основным недостатком применения данного технического решения. Как уже говорилось выше, поверхность, по которой идут колеса, имеет неровности волнистого характера. И когда одно из колес наезжает на бугор (или попадает в яму), его угловая скорость должна за доли секунды прирасти, то есть стать значительно больше, чем у другого колеса, которое в это время идет по ровной поверхности. Но если дифференциал заблокирован, то на колесе, попавшем на неровность, резко возникнет тормозной момент, что вызовет существенные нагрузки на силовой привод — полуоси и шестерни дифференциала. А самые большие нагрузки возникнут на криволинейном участке пути, когда наружное колесо будет стремиться идти юзом, и вся тяговая сила ведущего моста будет создаваться внутренним колесом.
Несмотря на то, что дифференциал заблокирован, его шестерни продолжают передавать крутящий момент (усилие) от корпуса к полуосям. Резко возникающие излишние нагрузки могут привести к поломкам зубьев сателлитов или полуосевых шестерней, и как следствие – выходу из строя всего механизма. А их осколки быстро выведут из строя шестерни главной передачи, поскольку эти детали находятся в едином картере. Также может сломаться подвижная муфта механизма блокировки. Но чаще ломаются полуоси, если конструктор умный, то он намеренно ослабит их прочность, поскольку полуось является самой недорогой и легко заменяющейся деталью и может выполнять функцию предохранителя от поломок других деталей силового привода ведущего моста.
При движении внедорожника, укомплектованного обычными универсальными шинами в условиях низкого сцепления колес с дорогой, например, по суглинкам или на снегу, высокие разрушающие нагрузки не возникают. В этом случае колеса при заблокированном дифференциале могут компенсировать разницу в угловых скоростях путем проскальзывания или пробуксовки, что несложно, так как сила их сцепления с опорной поверхностью относительно невелика.
Но после установки специализированной грязевой шины с высокими грунтозацепами сила сцепления протектора с грунтом увеличивается в несколько раз, и соответственно увеличиваются разрушающие нагрузки, воздействующие на детали силового привода при блокировании дифференциала.
Наибольший риск поломки возникает при движении машины с заблокированным дифференциалом заднего моста вверх на каменистый подъем. В этом случае большая часть веса автомобиля приходится на заднюю ось, и если одно из задних колес окажется в условиях низкого сцепления с поверхностью или вывесится, то почти вся тяговая сила, необходимая для движения автомобиля, будет развиваться другим задним колесом, которое прижато большим весом и имеет большую силу сцепления с грунтом. Из-за этого на связанную с ним полуось и полуосевую шестерню может приложиться существенная силовая нагрузка, по значению выше расчетной, что неизбежно приведет к поломке полуоси.
Одним словом, надо помнить, что блокирование заднего межколесного дифференциала (и уж тем более переднего межколесного) резко увеличивает вероятность поломки деталей силового привода автомобиля.
И пользоваться блокировкой только в тех случаях, когда это действительно необходимо, и только на слабых грунтах.
Ну и последним недостатком механизмов блокировки дифференциалов является не автоматичность их действия. Водитель часто забывает заранее включить блокировку, и что самое неприятное – забывает ее выключить (разблокировать дифференциал) при выезде на грунтовую или асфальтовую дорогу. Именно по этой причине на многих машинах повышенной проходимости блокировку дифференциала заднего моста можно включить только при переходе на понижающую передачу раздаточной коробки. Таким способом конструкторы частично подстраховали водителя от ошибки, ведь понижающей передачей пользуются исключительно при движении на бездорожье, следовательно, раз она не используется, то и нет нужды в блокировании межколесного дифференциала. И соответственно при выезде на твердую дорогу водитель тут же перейдет на повышенную (прямую) передачу раздаточной коробки, и блокировка межколесного дифференциала автоматически отключится.
На автомобилях, предусмотренных для профессионального использования, так не делают, полагая, что подготовленный шофер хорошо знает, какие отрицательные последствия влечет блокирование межколесных дифференциалов и использует данное средство повышения проходимости более осмотрительно. А чтобы он не забыл, что тот или иной дифференциал заблокирован, на кнопке, включающей механизм блокировки, или на щитке приборов обязательно устанавливается лампочка-индикатор.
И если в ваши руки попал такой профессиональный внедорожник, оснащенный механизмами блокировок всех трех дифференциалов (или двух межколесных при отсутствии межосевого), при их использовании нужно быть очень внимательным и не забывать отключать блокировку при выезде на сухую дорогу.
А можно сделать так, чтобы блокирование (разблокирование) дифференциала происходило автоматически, без участия водителя?
Можно.
Первые механизмы, автоматически блокирующие/разблокирующие дифференциал применялись в тракторах с колесной формулой 4х2.
Так как блокированный привод ведущего моста улучшает тяговые свойства, но ухудшает маневренность трактора, а повороты обязательны в конце гона при выполнении любой полевой работы, то возникала необходимость при каждом повороте выключать блокировку и при выходе из него включать ее вновь. Чтобы облегчить труд механизатора конструкторы предусмотрели гидравлическую систему, которая была связана с рулевым управлением и при повороте управляемых колес на заданный угол автоматически разблокировала дифференциал заднего моста, а при возврате колес в прямолинейное положение блокировала его. Иногда отключение блокировки связывали с подъемом навесного орудия в конце гона при повороте.
Позже автоматизация процесса блокировки дифференциалов нашла применение и в автомобилестроении. Например, в некоторых моделях «Джип Чироки» и «Джип Гранд Чироки» применялся так называемый «героторный» дифференциал, устанавливаемый в ведущих мостах. Если одно из колес моста начинало вращаться быстрее, чем другое колесо, специальный масляный насос приводил в движение поршень, который сжимал пакет блокирующих дисков.
В результате дифференциал за доли секунды (по утверждению фирмы-разработчика) полностью блокировался и колеса буксовали совместно. А при выравнивании угловых скоростей давление масла падало, поршень прекращал давить на диски и дифференциал разблокировался. И что самое главное, этот процесс происходил механически, без всякого участия капризной электроники.
Схожее техническое решение использует фирма «Мерседес» в межосевых дифференциалах некоторых выпускаемых автомобилей. Только исполнительный механизм, блокирующий с помощью пакета дисков дифференциал, управляется электронной системой управления, получающей сигналы от датчиков скорости.
Эти способы блокировки дифференциалов тоже имеют свои недостатки: большую себестоимость, сложность конструкции привода механизма, большое число деталей, обеспечивающих блокировку, а также то, что невозможно заранее принудительно заблокировать дифференциал и сделать так, чтобы он надолго оставался в заблокированном положении.
Словом, что бы инженеры не делали, всегда найдется недовольный водитель.
А когда-то давным-давно конструкторы пошли по иному пути: вместо того, чтобы разрабатывать механизмы принудительной блокировки дифференциалов, они стали проектировать дифференциалы повышенного трения (самоблокирующиеся). Некоторые из этих механизмов по блокирующим свойствам не уступают «жесткой» блокировке и работают автоматически без участия водителя. И самое главное – блокирующий момент в них возникает не тогда, когда одно из колес начинает буксовать, а еще до этого, заранее.
Но и они имеют ряд недостатков.
Например, дифференциалы с высокими блокирующими свойствами (высоким коэффициентом блокировки) аналогично механизму принудительной блокировки будут препятствовать вращению колес с разным числом оборотов на кривой (при прохождении поворота), из-за чего одно из колес может начать тормозить движение (юзить), в то же время другое будет работать со значительной пробуксовкой. А в случае отрыва одного из колес ведущего моста от опорной поверхности они не могут создать в дифференциале достаточный блокирующий момент (в этой ситуации помогает частичное затормаживание колес тормозными колодками).
Кроме того, в некоторых режимах движения они будут ухудшать управляемость автомобиля на шоссе, вызывая повышенный износ механизмов силового привода и шин.
А дифференциалы с низкими блокирующими свойствами (низким коэффициентом блокировки) хоть и не будут сильно препятствовать независимому вращению ведущих колес, но аналогично обычному дифференциалу не обеспечат им на бездорожье возможности полностью использовать силу сцепления с грунтом для создания тяговой силы.
По хорошему, требовалось создать такой дифференциальный механизм, который на бездорожье обеспечил бы раздельное вращение колес, но при этом подводил бы к каждому из них такой по величине крутящий момент, чтобы оно работало с минимальной пробуксовкой и полностью использовало силу сцепления с опорной поверхностью. Да еще сделал бы так, чтобы колесо, которое по условиям движения должно вращаться быстрее, не влияло на угловую скорость другого колеса, то есть не раскручивало его (или не тормозило) через дифференциал.
Задача полного удовлетворения вышеперечисленных и во многом противоречащих друг другу требований труднодостижима.
Основная сложность заключается в том, что величина силы сцепления ведущих колес ежесекундно меняется, и чтобы точно регулировать усилие, подводимое к каждому из них, необходимо не только предусмотреть индивидуальный колесный привод, но и обеспечить наличие многочисленных контрольных и исполнительных устройств, которые будут отслеживать работу колес и ежесекундно корректировать величину подводимой к ним силы, приводя ее в соответствие к быстро меняющимися дорожным условиям. Но реализовать в металле конструктивное решение, обеспечивающее выполнение столь трудных задач, пока еще не удалось. Наиболее близки к этому трансмиссии, в которых используются механизмы индивидуального привода колес, основанные на гидрообъемных или электрических передачах, объединенные в комплексе с многочисленными следящими и управляющими устройствами. Но это решение слишком сложно и дорого.
Поэтому на сегодняшний день для тяжелого бездорожья, где нередки случаи преодоления автомобилем гребневых препятствий, наиболее эффективным считается механизм принудительной блокировки дифференциала.
А на умеренном бездорожье эффективнее самоблокирующиеся дифференциалы с коэффициентом блокировки (как отношение большего момента к меньшему) около 6.
В давние годы советский конструктор Игорь Владимирович Гринченко сделал один интересный вывод, относящейся к гидромеханическим (автоматическим) коробкам перемены передач:
«Существующее мнение о том, что гидромеханические передачи повышают проходимость автомобиля, так как обеспечивают плавное трогание с места и работу двигателя даже в самых неблагоприятных условиях, а также гасят возникающие в трансмиссии колебания, принципиально правильно, но опыт показывает, что практически улучшение проходимости в результате применения гидромеханической коробки передач незначительно, что гораздо большее влияние оказывает квалификация водителя…»
Развивая эту мысль, хочу сделать итоговый вывод: механизм блокировки дифференциала в руках опытного водителя, понимающего все особенности его использования, может превратиться в эффективное средство повышения проходимости автомобиля. А неопытному водителю лишь поможет быстрее закопаться в грунт и посадить свой внедорожник на мосты, или что гораздо хуже – поломать детали силового привода, которые хоть и железные, но тем не менее тоже имеют определенный запас прочности.
Получилась неплохая техническая статья, и наверное правильно будет поставить внизу свою подпись, чтобы читатель знал, кого следует ругать, если что-то изложено неверно.
Автор: Лев Тюрин
Новогорск, октябрь 2010
Источник https://www.pickupclub.ru/forum/
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.
Дифференциа́л — это механическое устройство, которое делит момент входного вала между выходными валами, называемых полуосями. Наиболее широко применяется в конструкции привода автомобилей, где момент от выходного вала коробки передач (или карданного вала) поровну делится между полуосями правого и левого колеса.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.
26 января 2012 в 00:56
Блокировка дифференциала. Какие преимущества дает наличие блокировки диференциала. Блокировка «Квайф» для ВАЗ, ГАЗ, УАЗ
Блокировка дифференциала – распределение крутящего момента в тяжелых условиях
Для повышения проходимости автомобиля механизмы дифференциалов делают блокируемыми (блокировка дифференциала). Дифференциал – это механизм, позволяющий колесам автомобиля вращаться с разной относительно друг друга скоростью, это необходимо для качения шин без проскальзывания на поворотах. Причем, если дифференциал установлен между приводами колес (полуосями), его называют межколесным, а если между разными осями – межосевым.
Что, спросите, это дает? Представьте себе такую ситуацию: одно из колес ведущей оси попало в яму с глиной, а другое стоит на твердом грунте. Что произойдет в случае обычного, так называемого свободного дифференциала? Правильно, колесо, угодившее в яму, будет беспомощно буксовать, а колесо, стоящее на твердом грунте, находится в покое, не передавая никакого крутящего момента. Как вы уже поняли, блокировки дифференциалов как раз и служат для устранения этой вопиющей несправедливости. Существуют разные виды блокировки дифференциалов, но в основном блокировки делятся на две большие группы: дифференциалы, которые блокируются жестко, на 100% (так называемые локеры, от английского locker – «замок»), и дифференциалы повышенного трения (в англоязычном варианте — «ограниченного проскальзывания», или LSD — Limited Slip Differencial).
У каждого из этих вариантов есть свои преимущества и недостатки. Главный недостаток «жестких» блокировок дифференциалов – это их удивительная способность к разрушению трансмиссии, коробки передач и износу резины.
Хотя, если подумать, ничего неожиданного в этом нет. Ведь даже находящиеся на очень скользком покрытии колеса постоянно то наезжают на кочки, то падают в ямы и проскальзывают в поворотах. Одним словом, на трансмиссию постоянно воздействуют знакопеременные силы.
Самоблокирующийся дифференциал «Quaife»Для того чтобы преодолеть врожденный недостаток обычных дифференциалов и жестких дифференциалов, созданы промежуточные конструкции блокировок дифференциалов. Эта конструкция разработана в 1965 году английской фирмой «Quaife Engineering» и относится к цилиндрическим самоблокирующимся дифференциалам повышенного трения (или, как их называют за рубежом, дифференциалам ограниченного проскальзывания — limited slip) или просто самоблокирующаяся блокировка дифференциала.
Принцип её действия несложен. Если с какой-то силой «зажать» сателлиты, не позволяя им вращаться между полуосевыми шестернями с относительно большими скоростями, то дифференциал, с одной стороны, сможет выполнять свою основную работу в поворотах, позволяя колесам вращаться с различными угловыми скоростями, а с другой – будет распределять крутящий момент в тяжелых условиях так, что это позволит колесу, находящемуся в лучших условиях сцепления с дорогой, реализовывать большую силу тяги.
Бесспорное достоинство самоблокирующегося дифференциала «Quaife» – его простота. Две корпусные детали, две полуосевые шестерни, десять шестерен-сателлитов (шестерни цилиндрические), сепаратор — и все! Когда автомобиль движется по прямой, то блокировка «Квайф» работает как обычный дифференциал. Полуосевые шестерни вращаются с одинаковыми скоростями, а сателлиты только передают крутящий момент поровну на оба колеса, вращаясь вместе с корпусом и полуосевыми шестернями как одно целое. А в повороте, когда возникает рассогласование оборотов колес, блокировка дифференциала начинает работать – сателлиты прокручиваются между корпусом и полуосевыми шестернями, позволяя забегать вперед наружному колесу. Самоблокирующийся дифференциал на скользких покрытиях или при избытке тяги может полнее реализовать крутящий момент двигателя.
Переднеприводный автомобиль реагирует на увеличение подачи топлива сносом передней оси – скользит наружу поворота. А самоблокирующийся дифференциал в тех же условиях позволяет еще и тягой «затаскивать» машину в поворот, дает повышение проходимости и чувство уверенности в автомобиле на заснеженных , скользких дорогах и на неоднородных покрытиях типа разбитый асфальт и грунтовка. А лучшая управляемость поможет спортсменам и просто активным водителям при езде в предельных режимах. Благодаря простоте конструкции блокировки дифференциала «Квайф» ресурс её не меньше чем у стандартного заводского дифференциала.
Самоблокирующийся дифференциал «Quaife» для переднеприводных ВАЗСамоблокирующийся дифференциал «Quaife» для задне- и полноприводных ВАЗ
Блокировка дифференциала | SUPROTEC | СУПРОТЕК
В зависимости от количества ведущих мостов, которыми оборудована конкретная модель транспортного средств, механизм дифференциала может быть установлен между колесами (межколесный дифференциал), а также между осями автомобиля.
Одним из важнейших узлов трансмиссии автомобиля, который до сих пор продолжает совершенствоваться конструкторами всех ведущих автопроизводителей мира и независимыми разработчиками, является дифференциал. Этот механизм, непосредственно связанный с полуосями колес ведущего моста, «отвечает» за передачу на них крутящего момента. Еще одной, не менее важной функцией дифференциала, является обеспечение возможности несинхронного вращения ведущих колес, вынужденных проходить различный путь при преодолении поворотов и движении по нервной дороге.
Недостатки свободного дифференциала и простейших систем жесткой блокировки
В зависимости от количества ведущих мостов, которыми оборудована конкретная модель транспортного средств, механизм дифференциала может быть установлен между колесами (межколесный дифференциал), а также между осями автомобиля. Как, например, во многих моделях внедорожников с полным приводом. В таких случаях данный механизм называют межосевым дифференциалом. Несмотря на отработанную до мелочей конструкцию классического «свободного» дифференциала, это устройство имеет один, но очень существенный недостаток.
Проскальзывающее в грязи или на льду колесо ведущей оси практически полностью отбирает крутящий момент у другого колеса, которое останавливается и уже не может обеспечить продвижение автомобиля вперед или назад, несмотря на уверенное сцепление с дорогой. Кроме того, владельцам внедорожников, увлекающихся поездками по экстремальному бездорожью, хорошо знакома ситуация, когда во время преодоления сложных препятствий одно из колес остается на вису, полностью принимая на себя крутящий момент двигателя.
К счастью, в распоряжении водителя практически каждого, даже основательно подержанного джипа имеется кнопка блокировки межколесного дифференциала. Устройства принудительного торможения осевого вращения шестерен — сателлитов, связывающих ведомую шестерню моста с полуосями, впервые появились на внедорожниках иностранного производства более 50 лет назад. Однако дифференциалы с возможностью ручного включения жесткой взаимной блокировки ведущих колес также не лишены недостатков.
Вынужденно вращаясь с одинаковыми скоростями, колеса ведущего моста способны сдвинуть с места автомобиль, буксующий одной стороной на льду или вязкой грязной дороге. Но, если водитель вовремя не отключит данную функцию, во время движения жесткая принудительная блокировка дифференциала резко ухудшает управляемость, приводит к ускоренному износу резины, является причиной систематических перегрузок и вероятного выхода из строя важнейших узлов трансмиссии. В более современных технических реализациях устройств блокировки данную проблему удалось устранить.
Блокируемый дифференциал можно установить на любой автомобиль
Усилиями конструкторов и энтузиастов из многих стран в последнее десятилетие были созданы более совершенные – как принудительные, так и автоматически активирующиеся системы распределения крутящего момента между полуосями ведущего моста. Современные конструкции блокировки дифференциала позволяют обеспечить стабильную проходимость и управляемость транспортного средства даже в самых сложных дорожных ситуациях. Теперь множество моделей автомобилей, в частности – внедорожники, оснащаются дифференциалом с механизмом блокировки изначально, в процессе сборки.
Обычно блокировка заднего дифференциала присутствует практически в любом транспортном средстве с задним приводом, рассчитанным на эксплуатацию в условиях бездорожья или регионах с длительной зимой и заснеженными, обледеневшими дорогами. Для улучшения эксплуатационных характеристик некоторых автомобилей повышенной проходимости с двумя ведущими мостами предусматривается также ручная или автоматическая блокировка межосевого дифференциала – обязательного элемента конструкции всех подобных машин.
Машины, ведущий мост которых не был оборудован подобной системой на заводе, можно доработать. Для этого различные производители предлагают совместимые узлы, предназначенные для замены штатного дифференциала. На многих станциях технического обслуживания можно модернизировать задний или передний мост не только любой из популярных иномарок, но и установить блокировку дифференциала на Ниву, ВАЗ, УАЗ, Газель, и другие образцы продукции отечественного автопрома.
Подобно любым другим техническим решениям, всем существующим конструкциям блокировки присущи определенные преимущества и недостатки. Перед тем, как приступить к модернизации трансмиссии имеющегося у вас транспортного средства, полезно изучить свойства и характеристики всех предлагаемых производителями решений. Знание технических нюансов устройства дифференциала современного автомобиля поможет точно оценить перспективы предлагаемого решения блокировки и сделать правильный выбор.
Типы конструкций
Все существующие на настоящий момент системы взаимной блокировки полуосей и мостов автомобилей можно свести к двум основным типам конструкций:
● Дифференциалам на основе полной жесткой блокировки. Специалисты называю данную группу механизмов «локерами» (заимствованный иностранный термин, происходящий от английского слова «замок» — Locker). Недостатки подобных систем мы уже обсудили.
● Дифференциалам повышенного трения, иначе именуемым «дифференциалами с ограниченным проскальзыванием» (английский вариант названия — Limited Slip Differencial).
По типу активации различают системы «ручной» принудительной блокировки дифференциала и, а также самоблокирующиеся конструкции, которые способны полностью в автоматическом режиме включать, регулировать или отключать взаимную фиксацию полуосей ведущих колес в зависимости от дорожных условий.
Конструктивные особенности
Все существующие технические решения блокировки с ручным способом включения, позволяющие принудительно обеспечить одинаковую скорость вращения колес ведущего моста, связаны с торможением осевого вращения шестерен сателлитов. Данная функция в современных автомобилях реализована посредством кнопки электронной блокировки дифференциала, связанной с обмоткой, приводящей в действие толкатель и стопорную пластину, блокирующую вращение сателлитов.
Учитывая повышенную нагрузку на трансмиссию, больший расход топлива и ускоренный износ резины при длительной эксплуатации автомобиля с включенной жесткой блокировкой, некоторые варианты конструкций предусматривают автоматическую разблокировку дифференциала при наборе автомобилем определенной скорости. В настоящее время в торговле представлено множество вариантов «жесткой» блокировки дифференциала на УАЗ и Ниву, которые при правильном использовании способны существенно улучшить ходовые возможности автомобиля при езде по бездорожью.
Самоблокирующиеся дифференциалы лишены недостатков, присущих механизмам принудительного включения и отключения. В основе большинства известных и широко применяющихся систем данного типа лежат четыре конструктивных решения:
● Дисковый механизм блокировки на основе одной или двух фрикционных муфт. Чаще используются механизмы с двумя муфтами, которые требуют заливки в мост особого трансмиссионного масла или применения специальных присадок. |
● Вязкостная система с использованием вискомуфты, состоящей из группы ведомых и ведущих дисков. |
● Винтовой механизм блокировки — долговечная система с минимальным износом. |
● Кулачковая система блокировки, которая не нуждается в использовании специальных масел и характеризуется длительным сроком службы. |
Существуют и другие конструкции самоблокирующихся дифференциалов, многие из которых созданы российскими инженерами – механиками. Каждый желающий может подыскать надежную, функциональную и оптимальную по затратам на приобретение и установку систему блокировки, разработанную для конкретной модели автомобиля, или воспользоваться одной из универсальных конструкций.
Ограничений нет! Сегодня можно без особых проблем подобрать и установить блокировку дифференциала на ВАЗ любой модели, включая даже самые первые выпуски, либо усовершенствовать и сделать еще более проходимым достаточно «свежий» внедорожник.
Все, что вы хотели узнать о дифференциалах, но боялись спросить…
по материалам журналов «4х4Club» (7-8`99) и «5 Колесо» (11`99)
Что такое дифференциал
Принудительная блокировка
Самоблокирующиеся дифференциалы
• Дисковая блокировка
• Вязкостная блокировка
• Винтовая блокировка
• Кулачковая блокировка
• Особенности управления
Межосевой дифференциал и его блокировки
• Подключаемый передний мост
Что такое дифференциал
Дифференциал — это устройство, распределяющее поток мощности от двигателя к другим элементам трансмиссии. В автомобиле с приводом на одну ось используется только один дифференциал, межколесный, в полноприводном их целых три — два межколесных и межосевой.
Рассмотрим для примера классический дифференциал (в отличие от блокируемых, его называют «открытым» или «свободным»). Он устанавливается в картере главной передачи и получает крутящий момент от ее ведомой шестерни. В коробке дифференциала расположены конические шестерни-сателлиты. Они входят в зацепление с шестернями, закрепленными на полуосях, а те, в свою очередь, вращают ведущие колеса. При движении по ровной и прямой дороге угловые скорости колес одинаковы, и сателлиты не вращаются вокруг своей оси. Во время поворота или движения по неровностям, когда колеса правого и левого борта проходят разный путь, сателлиты начинают вращаться и перераспределять крутящий момент.
Главная передача заднего моста ВАЗ-2101:
1 – фланец карданного вала;
2 – сальник;
3 – маслоотражательное кольцо;
4 – передний подшипник ведущей шестерни;
5 – задний подшипник ведущей шестерни;
6 – регулировочное кольцо;
7 – опорное кольцо шестерни полуоси;
8 – шестерня полуоси;
9 – сателлит;
10 – палец сателлитов;
11 – ведомая шестерня главной передачи;
12 – коробка дифференциала;
13 – болт крепления стопора регулировочной гайки;
14 – стопор регулировочной гайки;
15 – подшипник коробки дифференциала;
16 – регулировочная гайка ведомой шестерни;
17 – болт крепления ведомой шестерни к фланцу коробки дифференциала;
18 – ведущая шестерня главной передачи;
19 – картер редуктора главной передачи;
20 – распорная втулка;
21 – шайба;
22 – гайка ведущей шестерни заднего моста.
Существует простая формула, отражающая связь между частотами вращения коробки дифференциала и полуосевых шестерен. Если через а1 и а2 обозначить частоты вращения полуосевых шестерен, а через а — частоту вращения коробки дифференциала, то: а = (а1+а2)/2. Формула показывает, что если одно из колес автомобиля неподвижно, то другое колесо вращается с удвоенной частотой. Если одно из двух ведущих колес попадает на скользкую поверхность дороги (мокрый асфальт, масляные пятна, лед), сопротивление его вращению резко падает, уменьшается и сцепление с дорогой, а значит, колесо не в состоянии иметь необходимую силу тяги. Такое колесо начнет быстрее вращаться и пробуксовывать. К другому ведущему колесу, имеющему достаточное сцепление с дорогой, будет подводиться такой же крутящий момент, как и к буксующему. Имея возможность образовать большую силу тяги, второе колесо не сможет этого сделать потому, что дифференциал передаст ему только половину крутящего момента от главной передачи. Если сопротивление движению автомобиля превысит силу тяги у небуксующего колеса, то машина не сможет двигаться. Частота вращения буксующего колеса резко возрастет, а второе колесо остановится. Возникнет буксование автомобиля. Попытка водителя повысить силу тяги на колесах за счет увеличения подачи топлива приведет только к увеличению частоты вращения одного из колес. В такой ситуации проявляется существенный недостаток обычного дифференциала, снижающего проходимость автомобиля как на скользких дорогах, так и на грунтах, оказывающих большое сопротивление качению колес (пeсок, снег, распутица).
Принудительная блокировка
На автомобилях, предназначенных для движения по бездорожью, приходится устанавливать дифференциалы специальных конструкций. Блокировки Часто применяют дифференциалы с принудительной блокировкой. В них водитель с помощью специального привода (чаще всего пневматического) останавливает на время вращение сателлитов, и колeca автомобиля начинают вращаться с одинаковой скоростью. Следует учесть, что автомобиль с заблокированным дифференциалом на извилистой дороге расходует больше топлива и у него происходит интенсивный износ шин. Как только взаимный поворот колес на общей оси с заблокированным дифференциалом будет больше, чем это допускает упругая деформация шин, произойдет буксование колес, продолжающееся до тех пор, пока какое-либо колесо на неровности не оторвется от дороги. Это говорит о том, что водитель не должен забывать выключать блокировку дифференциала после преодоления тяжелого участка. В ряде конструкций предусмотрена его автоматическая разблокировка или ограничение возможности включения блокировки по скорости.
Самоблокирующиеся дифференциалы
Для упрощения процесса управления применяются так называемые самоблокирующиеся дифференциалы. В настоящее время, в основном, используют четыре вида блокировок: дисковая (фрикционная, повышенного трения, LSD), вязкостная (вискомуфты) и винтовая (червячная). В самых современных разработках используются электронные системы контроля проскальзывания колес, основанные на применении датчиков вращения и использовании штатных тормозов (как правило, эти системы совмещаются с антиблокировочными и противопробуксовочными).
Дисковая блокировка
Существуют две наиболее характерные конструкции дифференциалов с фрикционными муфтами. В первом применяют одну, во втором — две муфты. В первом случае фрикционная дисковая муфта 1 введена между одной из полуосей и коробкой дифференциала. Бронзовые диски установлены в шлицах гильзы 2, связанной с коробкой дифференциала, стальные диски сидят на шлицах полуоси 3. Диски прижимаются друг к другу пружинами 4. Когда оба колеса испытывают одинаковое сопротивление, весь дифференциал вращается как одно целое и трение в муфте 1 отсутствует.
Вторая конструкция представляет из себя дифференциал повышенного трения с двойными фрикционными муфтами, получивший широкое распространение на американских автомобилях. В этой конструкции крестовина заменена двумя отдельными, пересекающимися под прямым углом осями 5 сателлитов 6. Оси 5 имеют возможность перемещаться одна относительно другой как в осевом, так и в угловом направлении, для чего их концы имеют скосы соответственно А и Б, которыми они опираются на коробку 9 дифференциала. Кроме того, в дифференциал введены промежуточные чашки 7, так же как и полуосевые шестерни, надетые на шлицы полуосей. При невращающихся сателлитах усилие к полуосям передается как и в простом дифференциале. При вращении сателлитов последние будут сдвигать концевые скосы осей 5 так, что усилие на фрикционную муфту 8, передаваемое через чашку 7, будет увеличиваться для отстающей полуоси и уменьшаться для оси, вращающейся быстрее. При этом величина подтормаживающего момента не будет постоянной, как в дифференциале с одной дисковой муфтой, а будет пропорциональна моменту, передаваемому колесами.
Для нормальной работы такого дифференциала требуется использование специального трансмиссионного масла для LSD или соответствующих присадок к обычному маслу. Кроме того, со временем возникает необходимость регулировки из-за износа дисков.
Вязкостная блокировка
Принцип ее действия такой же, как у дисковой. Гидравлическая муфта состоит из большого числа дисков с липкими рабочими поверхностями. Благодаря свойствам особой вязкой жидкости на силиконовой основе отвердевать при нагреве диски передают крутящий момент в зависимости от разности частот вращения входных и выходных валов. Нагрев происходит, когда одна полуось начинает вращаться быстрее другой. Характерной особенностью конструкции является то, что в случае длительного буксования колес блокирующая муфта с вязкой жидкостью работает вначале мягко, а затем происходит значительный рост эффективности блокировки. В затвердевшем силиконе диски получают жесткое зацепление и полуоси блокируются. Вискомуфты не требуют обслуживания и считаются весьма надежными, однако для их продолжительной работы необходимо сохранение полной герметичности устройства.
Винтовая блокировка
Принцип ее действия таков: в обычном режиме винты (или червяки, как их называют из-за характерной формы) свободно обкатываются вокруг центральной шестерни. В случае изменения момента винты проскальзывают в крайнее положение и фиксируются в эксцентричных пазах. Когда момент выравнивается, винты возвращаются в исходное положение. Момент срабатывания винтовых блокировок определяется профилем винтов. Такие дифференциалы мало подвержены износу (срок службы сопоставим со сроком коробки или классического дифференциала), а масло используется обычное трансмиссионное.
Кулачковая блокировка
Такая блокировка срабатывает при возникновении разности в скоростях вращения колес. Рассмотрим пример реализации дифференциала от компании Tractech. В корпусе дифференциала между парами корончатых шестерен установлены поворотные кулачки. В обычных условиях они не участвуют в работе, но, как только одно их колес начинает пробуксовывать (т.е., вращаться существено быстрее другого), кулачки поворачиваются и пары шестерен входят в зацепление, обеспечивая тем самым полную блокировку. Блокировка выключается, когда буксующее колесо прекратит проскальзывание. Этот тип дифференциалов также довольно долговечен и не требует специальных масел.
Особенности управления
Управление автомобилем, оборудованным самоблокирующимся межколесным дифференциалом имеет некоторые особенности. В частности, автомобиль в повороте на скользком покрытии может обладать избыточной поворачиваемостью, при слишком интенсивном разгоне на смешанном покрытии возможен увод в сторону от предполагаемой траектории и т.д. Особенно это касается разработок, предлагаемых в качестве дополнительного оборудования третьими фирмами. Однако грамотное использование свойств таких дифференциалов позволяет уверенно перемещаться в сложных дорожных условиях, и существенно повышает проходимость вне дорог.
Межосевой дифференциал и его блокировки
При отсутствии межосевого разделения мощности (межосевого дифференциала или отключающего механизма) необходимо отключить передний мост, чтобы стало возможно вращение передних и задних колес с разными угловыми скоростями. По условиям движения требуется, чтобы колеса как переднего и заднего мостов, так и колеса одного моста могли вращаться с разной частотой и проходить различные пути. Особенно характерно это для поворотов: передние колеса при повороте проходят большее расстояние, чем задние. На изменение пути колес влияют различные факторы: скольжение шин, их углы увода, давление воздуха, нагрузка на колеса, кинематика подвески. При этом очевидно, что соотношение между путями, проходимыми колесами переднего и заднего мостов, также меняется во время движения. Это обстоятельство исключает возможность применения разных передаточных чисел в главных передачах мостов для компенсации разности проходимых путей.
Колеса разных осей автомобиля, кинематически жестко связанные одно с другим, имеют при вращении одинаковые угловые скорости. На твердой поверхности дороги при движении автомобиля с приводом на все колеса (при отсутствии межосевого дифференциала) могут возникнуть условия, при которых колеса разных осей будут стараться двигаться с различными линейными скоростями, а жесткая мехаческая связь между ними станет преградой к достижению этого. При прямолинейном движении описанное явление может быть вызвано, например, разностью радиусов качения связанных между собой колес. Качение колес в этом случае должно сопровождаться относительным перемещением точек площадки контакта шины по поверхности дороги (со скольжением или буксованием). Подобное же возможно и при одинаковых радиусах качения, но при движении по дороге с неровной поверхностью или на повороте. Возникающее в этих условиях скольжение или 6yксовaние шин сопровождается увеличеным их износом, износом механизмов трансмиссии и непроизводительной затратой энергии двигателя на движение автомобиля. Для того чтобы колеса катились без вредных сопровождающих явлений в трансмиссии, кроме дифференциалов межколесных устанавливают дифференциалы межосевые.
Однако, в условиях внедорожного движения автомобиль может лишиться подвижности в тот момент, когда колеса одного из мостов потеряют сцепление с дорогой и начнут буксовать. В такой ситуации дифференциал обычного типа будет не в состоянии передать требуемую для движения величину крутящего момента задним колесам, опирающимся на твердый грунт. Для избежания этого на внедорожниках устанавливают межосевые дифференциалы с принудительной блокировкой. Примером подобного конструктивного решения может служить «Нива» ВА3-2121, оснащенная раздаточной коробкой с принудительно блокируемым межосевым дифференциалом.
Блокировкой пользуется водитель автомобиля для преодоления труднопроходимого участка дороги. При возвращении на шоссе межосевой дифференциал необходимо разблокировать. В современных конструкциях, кроме механического, применяются и другие приводы (пневматический, гидравлический, электрический), при этом сам процесс включения сводится к простому нажатию кнопки на панели.
Следующим шагом стало появление самоблокирующихся межосевых дифференциалов. Принципы их работы сходны с межколесными, но условия и задачи несколько другие. Так, при поворотах машины забегающим относительно корпуса дифференциала всегда будет вал, передающий момент на управляемую ось, что определяется кинематикой поворота машины с колесной формулой 4х4. Исходя из этого, при забегании приводного вала управляемого моста коэффициент блокировки желательно иметь невысоким, а при забегании (буксовании) неуправляемого моста — несколько большим. Такой дифференциал называют самоблокирующимся с несимметричными блокирующими свойствами.
В настоящее время на легковых внедорожниках широко используются межосевые дифференциалы с автоматической блокировкой с помощью гидравлической муфты с вязкой жидкостью. Они обеспечивают оптимальную силу тяги во всех условиях движения, в связи с чем отпадает необходимость в принудительной блокировке. Есть у них и другие преимущества. Этот узел предохраняет трансмиссию от перегрузки, которая может возникнуть, например, при внезапном ударе колеса.Дифференциал, автоматически блокирующийся гидравлической муфтой с вязкой жидкостью, чутко реагирует на состояние дорожной поверхности и обеспечивает более равномерную скорость автомобиля, а также уменьшает вероятность его застревания. При торможении межосевой дифференциал такого типа предотвращает блокировку колеса одного моста относительно колеса другого, приводящую к потере устойчивости. К тому же перераспределение избыточной тормозной силы с одной пары колес на другую значительно сокращает тормозной путь и сохраняет полный контроль над машиной.
Рассмотрим, как работает автоматически блокируемый межосевой дифференциал фирмы GKN с гидравлической муфтой. Изменение момента трения в ней рассчитано так, чтобы при маневрировании на поверхности с хорошими сцепными свойствами ( асфальт, бетон и т.д.) имелся малый момент трения между выходными валами. С ростом разности частот их вращения трение между звеньями муфты значительно возрастает. Блокировка с помощью муфты с вязкой жидкостью происходит точно в соответствии с распределением крутящего момента в межосевом дифференциале.
Испытания подтвердили, что распределение моментов между передними и задними колесами обеспечивает почти нейтральную поворачиваемость автомобиля. По легкости вождения и безопасности полноприводные автомобили с таким приводом превосходят даже переднеприводные легковые автомобили. Однако, при всех достоинствах такого рода блокировки, необходимо отметить, что фактическое включение блокировки после начала пробуксовки колес, характерное для вискомуфты, существенно снижает шансы на успешное преодоление серьезных внедорожных препятствий в виде слабого грунта, грязи или снега, поскольку буксующее колесо способно быстро зарываться. В результате возможностей автомобиля даже с заблокированным межосевым дифференциалом может оказаться недостаточно для самостоятельного выезда.
Подключаемый передний мост
Очень многие производители внедорожников используют схему с подключаемым передним мостом (так называемый part time 4WD). В этом случае межосевой дифференциал, как правило, отсутствует, и в режиме полного привода между мостами устанавливается жесткая кинематическая связь. Производители рекомендуют подключать передний мост только в сложных дорожных условиях, когда колеса склонны к пробуксовке. Продолжительное движение в таком режиме по дорогам с твердой поверхностью вызывает повышенный износ шин и трансмиссии (в частности, в раздатках с цепной передачей перегружается цепь), повышенный расход топлива, а также ухудшает управляемость на высоких скоростях. Для избежания этих отрицательных последствий многие контрукции предусматривают не только отключение переднего моста, но и отсоединение передних колес от полуосей. Для этого применяются колесные хабы (муфты свободного хода), которые могут быть автоматическими и ручными, рассоединение полуосей при помощи электрического или пневматического привода и т.д.
какие они бывают, чем хороши и чем чреваты — Журнал «4х4 Club»
Улучшить проходимость своего автомобиля желают практически все автовладельцы. И многим даже не надо преодолевать лесовозные колеи, карабкаться по отвесным скалам и тому подобное. Хотя бы просто сделать так, чтобы не было этого позорного застревания на ровном месте. Если внедорожник оснащен противобуксовочной системой, часть проблем снимается. Тут-то всплывает загадочное слово «блокировка»…
На заре автомобилестроения инженеры поняли, что сплошная ось для пары колес вредна. Автомобиль по прямой ездит не то чтобы редко, а прямо-таки никогда. Поэтому каждая покрышка проходит свой путь. Быстрый износ шин и нежелание автомобиля поворачивать заставили искать решение. Придумали. Ось разделили надвое, на полуоси, а между ними поставили дифференциал. Теперь на прямой колеса стали крутиться одинаково, а в поворотах – с разной скоростью. Но покрытие не всегда равномерное. Скажем, под одним колесом камень, а под другим рыхлый песок. Соответственно, одному колесу крутиться легче. Вот его-то дифференциал и крутит. А то, которому труднее, не хочет. Появился эффект буксования одним колесом. И даже привод на все четыре колеса проблему не исключил – буксуют по одному колесу спереди и сзади. Теперь встала задача пробуксовку исключить. Для этого и придумали блокировки.
Полная принудительная блокировка
Обычный открытый дифференциал дополнен механизмом, жестко фиксирующим сателлиты. В результате полуоси не могут крутиться с разной скоростью, и усилие от двигателя распределяется поровну между колесами. Наиболее универсальны, но требуют внимания. Использовать осторожно: перед установкой выяснить, выдержит ли трансмиссия такую переделку.
ЧТОБЫ КОЛЕСА НЕ СКОЛЬЗИЛИ
Если рассматривать полноприводной автомобиль, то ему надо три дифференциала: один распределяет крутящий момент между осями (межосевой) и два – между колесами на одной оси (межколесный). А у настоящего внедорожника, с колесной формулой 4х4, все они должны быть блокируемыми.
Большинство современных внедорожников оснащается противобуксовочными системами, которые уменьшают эффект пробуксовки одного из колес. Действуют они по тому же принципу, что и ABS, только наоборот. На каждом из колес установлен датчик, показывающий скорость его вращения. Компьютер считывает показания этих датчиков, и если одно из колес начинает вращаться слишком быстро – то есть наступает пробуксовка, дает команду тормозной системе притормозить это колесо. Некоторые системы еще при этом уменьшают подачу смеси в цилиндры двигателя – придушивают мотор. В большинстве случаев работы этих противобуксовочных систем вполне достаточно, чтобы исключить сильное проскальзывание колес. Иногда они работают настолько эффективно, что диву даешься. Конечно, при частой внедорожной эксплуатации такие системы заметно повышают износ тормозных колодок и дисков, но это, как вы поймете из статьи, вовсе не самое большое из зол. Если же автомобиль не оснащен противобуксовочной системой или ее действия владельцу кажутся недостаточными, можно дополнительно оснастить машину блокировками дифференциалов и добиться гораздо большего эффекта.
Gov-Lok
Очень жестко работающая блокировка. Включается автоматически на ходу на скоростях до 40 км/ч. Требует очень прочных деталей трансмиссии и дифференциала. Штатно ставится на большие автомобили GM. При установке на другие автомобили требует значительных переделок.
БОЛЬШАЯ РАЗНИЦА
Но блокировка блокировке рознь. Одни полностью выключают дифференциал, другие – только частично. Соответственно, в первом случае, если хотя бы одно колесо находится на твердом грунте, машина будет двигаться. Во втором это будет происходить, пока разница в сцеплении колес с поверхностью не превысит какого-то предела. Следовательно, блокировки можно разделить на полные и частичные. Причем полные блокировки могут включаться как вручную, так и автоматически, а вот частичные работают только самостоятельно. Большинство можно установить вместо обычного дифференциала или заменить один тип блокировки другим. А поскольку у каждого типа есть свои преимущества и недостатки, то в подобной переделке есть смысл.
Виско-муфта
Автоматическая блокировка с мягким постепенным включением. Обеспечивает довольно низкий коэффициент блокировки: не более 30%. Подходит только для нивелирования небольшой разницы в сцеплении. Часто сильно «задумчива». На бездорожье практически бесполезна. Не обслуживается, при разгерметизации корпуса выходит из строя и требует замены.
ЗАМКНУТЬ ПО ПОЛНОЙ
Полная блокировка не допускает разницы в скорости вращения полуосей и, соответственно, колес. На бездорожье, там, где может возникнуть пробуксовка, это полезно: вероятность, что автомобиль перестанет двигаться, потеряв сцепление с поверхностью, уменьшается. А вот на твердых покрытиях полная блокировка полуосей приведет к повышенному износу не только покрышек, но и (на больших скоростях) элементов трансмиссии. А самое главное, машина с заблокированным дифференциалом не хочет поворачивать. Поэтому «замок» должен срабатывать только при необходимости. Добиться этого можно, например, установив ручной привод на включение-выключение. Такая блокировка называется принудительной, управляется водителем с помощью рычага или кнопки и требует постоянного контроля за своим состоянием. Периодически владельцы авто с таким типом блокировки забывают вовремя ее отключать, что порой приводит к серьезным последствиям. Кроме того, следует иметь в виду, что нагрузки на полностью заблокированную трансмиссию возрастают очень сильно. Ведь при спокойном движении усилие от двигателя распределяется примерно поровну на два или даже четыре колеса. А если только одно колесо имеет сцепление с поверхностью? Тогда нагрузка на одну полуось возрастает аж в четыре раза. К такому напряжению деталь может быть не готова. Например, на «Ниву» можно поставить полный комплект таких блокировок. Они есть. Но при первом же серьезном испытании, когда вся нагрузка придется на одну полуось, она может попросту не выдержать. Не рассчитана она на это. И увлекательное приключение превратится в путешествие на эвакуаторе. Можно, конечно, заменить полуоси на усиленные, но тогда могут не выдержать детали привода. И так далее. Простое улучшение превратится в полную переделку авто. Поэтому, прежде чем ставить полные блокировки, прикиньте, стоит ли овчинка выделки.
Героторная дисковая блокировка
При возникновении разницы между скоростями вращения одной из полуосей с корпусом дифференциала насос автоматически увеличивает давление жидкости внутри системы. Фрикционные диски сближаются и подтормаживают быстро крутящуюся полуось. Работает мягко, усилие нарастает постепенно. Пока диски не изношены, коэффициент блокировки доходит почти до 100%.
Дисковая блокировка
Чаще всего применяется вариант с подпружиненными дисками. Это дает постоянную небольшую замкнутость дифференциала, не сильно отражающуюся на управляемости, но позволяющую без задержки среагировать на пробуксовку. Коэффициент блокирования доходит до 50%, что делает эту модификацию привлекательной на бездорожье. При этом работает мягко и самостоятельно. Требует специального масла с LSD-присадками.
Но несомненный плюс полной блокировки – абсолютная уверенность на бездорожье. С ней машина прет как танк. Особенно если блокировок полный комплект. И если, повторюсь, выдержат полуоси.
СДЕЛАТЬ НАПОЛОВИНУ
Другой тип блокировок лишь частично исключает пробуксовку колес. Такими системами оборудуют многие «полноприводные» легковушки, кроссоверы и даже некоторые полноценные внедорожники. И в большинстве случаев этого хватает, ведь далеко не всем требуется экстрим. Частичные блокировки работают самостоятельно, не требуя участия человека, и этим удобны. И плюс к этому включаются они постепенно, в зависимости от разницы в скоростях вращения наращивая усилие и подтормаживая слишком быстро крутящуюся ось или вал. Соответственно, они дают меньшую по сравнению с полной блокировкой нагрузку на трансмиссию и обеспечивают ей больший ресурс.
Кулачковая блокировка
Эти варианты – наиболее внедорожные. Они почти всегда замкнуты, обеспечивая постоянную полную блокировку. И лишь в поворотах на небольшой скорости зубцы могут прощелкнуться относительно друг друга, разрешая одному из колес «забегать» вперед. Требуют прочной трансмиссии. Изначально предназначались для тракторов. Рекомендуются спортсменам – профессионалам.
Делятся частичные блокировки на два больших типа. Первый использует фрикционные диски, второй – косозубые шестерни. В первом случае устройство в зависимости от разницы в скорости вращения полуосей увеличивает трение между фрикционными дисками. Усилие распределяется на обе оси, скорость вращения колес выравнивается. Самый известный пример такой блокировки – виско-муфта, которая применяется вместо обычного дифференциала. Больших нагрузок она выдержать не способна. Поэтому виско-муфта подойдет разве что для городских автомобилей.
Более внедорожными можно считать те устройства, где торможение происходит напрямую дисками. Добиваются этого по-разному, но принцип един: при проскальзывании возрастает давление на диски, которые, в свою очередь, прижимаются к шестерне полуоси и корпусу дифференциала. Опять-таки повышенное трение и выравнивание усилий на колесах. Но когда диски уже не справляются с нагрузкой, пробуксовка все равно происходит. Вообще при общении с частичными блокировками надо избегать большой разницы во вращении колес. Иначе детали блокировки быстро изнашиваются, а ремонт их недешев.
Червячная (косозубая) блокировка
Быстро, но мягко срабатывающая блокировка. Более надежна по сравнению с дисковыми «коллегами». Лишена «задумчивости», имеет широкий диапазон блокирования, определяемый наклоном зубьев. Меньше, чем дисковые собратья, боится длительной пробуксовки, но злоупотреблять все равно не стоит. При обслуживании лучше применять масло для гипоидных передач. Подходит для умеренного бездорожья.
Те частичные блокировки, что используют косозубые шестерни (червячные), более надежны по сравнению с дисковыми. Здесь расчет идет на то, что при возрастании усилия в косозубой передаче шестерни стремятся сдвинуться вдоль своей оси. И как только у нас усилие на полуосях начинает разниться, в системе возникает напряжение, и косые зубья толкают шестерни к корпусу. Там они тормозятся, причем тем сильнее, чем больше разница в скорости вращения валов. Здесь степень блокировки зависит от угла наклона косых зубьев шестерен. Но пробуксовки все равно возможны. Для червячных блокировок (наиболее известны среди них Torsen («Торсен») и Quaife («Квайф»)) длительное проскальзывание шестерен по корпусу с большой скоростью на пользу не идет, поэтому пробуксовки надо сводить к минимуму. Большая степень блокировки, относительная дешевизна в ремонте, простота установки, надежность и «самостоятельность» делают именно такой тип наиболее привлекательным для владельцев внедорожников.
Сломанные зубья шестерен дифференциала – результат чрезмерной нагрузки. Такое, а также сломанные полуоси и срезанные шлицы кардана бывает, когда трансмиссия не соответствует типу выбранной блокировки.
ТРАКТОРНЫЙ ВАРИАНТ
Все описанные типы блокировок рассчитаны на применение как на бездорожье, так и на дорогах. Но есть еще один вариант, которому твердое покрытие противопоказано. Это зубчатые, или кулачковые, блокировки типа Detroit Locker («Детройт локер»). Нормальное их состояние – замкнутое. Размыкаются они только при поворотах на твердой поверхности. Являются наиболее внедорожными и изначально разрабатывались для сельскохозяйственной и военной техники, которая практически не выезжает на дороги с покрытием. Они очень надежны и поэтому популярны в среде спортсменов за рубежом. Требуют мощной трансмиссии, поскольку напряжение на ее детали бывает очень большим. На переднюю ось гражданских машин ставить не рекомендуется, либо хотя бы следует отключать ее при движении по дорогам. Потому что при попадании на скользкие участки возможна полная блокировка передней оси, что в повороте чревато сносом и аварийной ситуацией с полной потерей управляемости. Применение на задней оси также требует особого внимания – на скользких поверхностях задняя ось будет стремиться к соскальзыванию в занос. Это приятно любителям по-раллийному «мести хвостом» в поворотах, а для среднего водителя чревато полетом в кювет или (не дай Бог) во встречный автомобиль…
Простейшая полная блокировка
Некоторые умельцы пытаются заблокировать дифференциал… сварив между собой или корпусом его шестерни. Фото, кстати, с сайта американских блогеров. В результате люди получают телегу, лишенную управляемости, склонную к частым поломкам трансмиссии и попросту опасную для жизни на более-менее твердых грунтах. А в болоте такое чудо будет попросту закапываться равномерно всеми колесами.
Итак, что же делать, если хочется избавиться от пробуксовки? По степени блокирования устройства можно распределить так. Наименее «прочная», подходящая только для городских условий, – виско-муфта. Следом идут дисковые муфты различного типа. На них можно обратить внимание тем, кто выезжает за город, причем не всегда по дорогам. Для полноценного бездорожья можно порекомендовать червячные механизмы: Torsen и Quaife. Они обеспечивают довольно большую, хотя и не стопроцентную степень блокирования, но при этом дешевле полных блокировок и не требуют особого внимания.
Для экстремального бездорожья можно рекомендовать принудительные полные блокировки с любым типом привода.
Что же касается экзотических типов, то их применение очень специфично. Они потребуют серьезного усиления и переделки трансмиссии и вряд ли пригодятся рядовому пользователю. Если только вы не занимаетесь внедорожным спортом. Но это уже другая тема!
Виды дифференциалов
Блокировки дифференциалов используют для повышения вездеходности более восьмидесяти лет и несмотря на все достижения прогресса, настоящий внедорожник без них до сих пор не обходится.
В материале используется техническая лексика, способная привести к нарушению работы мозга неподготовленного читателя.
Ещё в начале 1930-х не кто иной как Фердинанд Порше, вёл исследования по части блокировок, а чуть позже организованная им компания ZF (Zahnradfabrik – завод зубчатых колёс) комплектовала Volkswagen Type B70 первым в мире кулачковым дифференциалом. Сегодня в арсенале производителей масса различных конструкций, которые они штатно или опционно устанавливают на свои автомобили 4х4.
Нужно сразу разделить два принципиально разных подхода к блокировке дифференциала. Первый – применение самоблоков, которые способны без привода или управления извне переносить крутящий момент с буксующего колеса на то, у которого лучше сцепление с дорогой, то есть «замыкаться». На самом деле полной, стопроцентной блокировки в их промышленных видах нет, и потому корректно называть их дифференциалами повышенного трения. Именно такой и изобрел Порше в 1932 году. Однако существуют и конструкции, умеющие самостоятельно замыкаться полностью. Производят их небольшие компании. Таков, например, шариковый дифференциал Красикова – устройство, безусловно, полезное на внедорожной трассе, но мы в этот раз поговорим только о разработках с известным ресурсом, которые производители ставят на автомобили серийно.
Дифференциал Красикова. Замкнутые цепочки шариков играют здесь роль обычных шестерён. Просто и эффективноВторой подход предполагает блокировку дифференциалов извне. При помощи механики, электрики или пневматики дифференциалы жёстко соединяют две свои половинки для вращения вместе. Управлять процессом может как водитель, так и автоматика.
Ещё одно принципиальное различие – если межколёсные дифференциалы обычно работают симметрично, то среди межосевых есть как симметричные, так и несимметричные, раздающие момент вперёд и назад не поровну. Цели и области применения у них разные. Симметричные, как правило, атрибут внедорожника, которому важно просто выдать максимум момента к тому или иному колесу. Несимметричные – удел спортивных кроссоверов: им дисбаланс при сохранении привода на все колёса придаёт заднеприводный характер в вираже и тем самым повышает управляемость.
Среди разнообразных более-менее сложных конструкций существуют поистине уникальные системы, как, например, управляющие «разнотягом» задних колёс устройства AYC Mitsubishi и SH-AWD Honda, DPC BMW.
SH-AWD. Два комплекта планетарных редукторов и многодисковых муфт позволяют подруливать разнотягом колёсС ПОВЫШЕННЫМ ТРЕНИЕМ
На сегодняшний день наиболее распространён винтовой или червячный дифференциал, в котором распределением момента между половинками заведуют пары косозубых шестерён. Степень их блокировки зависит от трения в косозубом зацеплении и от трения торцов шестерен о корпус дифференциала. Варьировать характеристики можно изменяя угол зубьев, но в любом случае степень блокировки, обеспечиваемая такими конструкциями по вездеходным меркам эфемерна. К таким системам относятся Torsen и Quaife. Благодаря мягкому, неполному срабатыванию и возможности создать несимметрично работающую конструкцию, эти дифференциалы как правило применяют в качестве межосевых. Кстати, главный плюс Torsen – его высочайшая надёжность.
Блокировка Torsen/Quaife. Винтовые шестерни такой блокировки при зацеплении работают с большим трениемДругой вариант дифференциалов повышенного трения – многодисковые конструкции, в которых пакет «мокрого» сцепления, соединяющий две полуоси, близок по конструкции к аналогичному в обычном автомате. Характеристика срабатывания и степень блокировки здесь определяется тем, каким образом сжимались эти диски. Самый простой дифференциал повышенного трения устанавливали на старый Grand Cherokee – там пакет дисков был просто подпружинен с постоянным усилием. То есть дифференциал был всё время немного поджат, а в случае пробуксовки одного колеса он передавал какую-то часть момента на другое. Плюс – простота конструкции, минус – линейность характеристики сжатия определяла узкий диапазон действительной работы дифференциала. Проще говоря, на серьёзном бездорожье муфта просто буксовала и полноприводность получалась условная.
Многодисковая муфта. Небольшой фрагмент стандартной автоматической коробки может работать в качестве устройства подключения моста. Выигрыш в дешевизне, проигрыш в надёжностиВ более продвинутых системах в качестве рабочей жидкости для пакета фрикционов использовались силиконовые смазки, повышающие трение при нагреве. Но и они скорее для полноприводных спортсменов, чем для полноценных внедорожников, хотя именно такие конструкции были установлены в заднем мосту Mitsubishi Pajero и Nissan Patrol. Дифференциал с виско-муфтой довольно часто применяли в качестве межосевого — например, на Subaru Impreza, Legacy, Forester с механической коробкой, а впервые его серийно установили на AMC Eagle. Ещё одна ветвь порождённая виско-муфтами – конструкции, в которых она вообще полностью заменила межосевой дифференциал. Такова знаменитая трансмиссия Syncro полноприводных Volkswagen последней трети ХХ века.
Гарантированно блокирующимся стал многодисковый дифференциал с гидророторным насосом. Тут уже дело не ограничилось свойствами масла или натягом пружины. Насос был прикреплён к одной стороне дифференциала, а приводился от другой. Работать он начинал, когда создавалась разница вращения правого и левого колёс, а выработанное давление, в зависимости от степени пробуксовки, больше или меньше сжимало диски. Конструкция хоть и не стопроцентно надёжная, зато гораздо более вездеходная, чем все предыдущие варианты. Из минусов – довольно резкое срабатывание и, увы, не слишком большой ресурс. Тем не менее на Grand Cherokee WJ 1999 года именно такой дифференциал установлен в качестве межосевого.
Армейская крайность самоблоков – кулачковые или сухариковые дифференциалы повышенного трения. Этот вид можно считать самым древним, а представляют они собой абсолютно механическую систему, в которой замыкание половин дифференциала происходит посредством трения поперечных сухарей по выступам боковых муфт – кулачкам. Это довольно грубая, но надёжная конструкция, хорошо работающая в приводах медленных тяжёлых машин с большими колёсами. Она имеет два недостатка – высокую сложность изготовления и огромные потери мощности внутри самого устройства. Такие дифференциалы массово устанавливали на большую часть советской армейской техники, от ГАЗ-66 и «Уралов» до БТР.
Кулачковая блокировка. Главный рабочий элемент – обойма с сухарями. Двигаясь с усилием вперёд-назад, сухари огибают впадины и выпуклости (кулачки)УПРАВЛЯЕМЫЕ ИЗВНЕ
Вторая группа блокируемых дифференциалов – те что механически (электрически, пневматически) намертво соединяют левую половину моста с правой. С ними всё более-менее просто и понятно: к мосту присоединён какой-либо привод, внутри – скользящая муфта наподобие тех, что включают передачи в коробке, – и тяга жёстко распределена между колёсами в соотношении 50 на 50. Причём если раньше для блокирования требовалась полная остановка, то сегодня подавляющее большинство конструкций отлично блокируются и на ходу, при скоростях до 40–50 км/ч.
Именно они лучше всего подходят для бездорожья, наиболее надёжны и безальтернативны для машин, владельцы которых готовы покорять направления, но… О том, что заблокированный дифференциал может быть не только полезен, но и вреден, хорошо знают обладатели внедорожников с механической блокировкой. В грязи такая машина, разумеется, значительно лучше гребёт колёсами, но теряет в управляемости. А на твёрдом покрытии движение в заблокированном режиме вообще чревато поломками и всё той же неважной управляемостью – машина стремится выпрямить траекторию, неохотно заходит в поворот. Следовательно, нужно непрерывно включать-выключать блокировки, а ещё лучше – дозировать тягу на каждое колесо в зависимости от его сцепления с дорогой. Поэтому теперь мы поговорим не о жёстко блокируемых системах, а о дальнейшем развитии самоблокирующихся устройств из предыдущей главы.
Большую часть проблем, связанных с задержками срабатывания, степенью блокировки и главное безошибочностью моментов включения-отключения, удалось решить тогда, когда для рядового автомобиля стали доступными электронные системы борьбы с буксованием. Алгоритм их работы прост: датчик вращения колеса (тот же самый, что обслуживает ABS) служит информатором о наличии-отсутствии пробуксовок, а исполнительные механизмы так или иначе оперируют тягой.
Наиболее пригодными для воздействия электроники, разумеется, получились многодисковые муфты, породив обширное семейство электронно-управляемых систем. Причем скорость их реагирования позволяет столь тонко дозировать тягу на половинках дифференциала, что автомобиль способен мгновенно приспосабливаться к меняющимся условиям движения. Для межосевого дифференциала это дает возможность перебрасывать часть момента с оси на ось для уверенного трогания или придания автомобилю большей заднеприводности в повороте. Межколесные получили ещё больше полномочий – теперь они могут даже корректировать курс на ходу.
Подобные системы установлены в трансмиссиях заряженных версий М BMW X5 и X6. Помимо регулируемого несимметричного межосевого (40 на 60% в спокойном режиме), в заднем мосту здесь установлен активный дифференциал DPC с двумя пакетами фрикционов и двумя планетарными механизмами. В повороте фрикционы внешнего колеса сжимаются, увеличивая тягу на нём. Вкупе с перераспределением момента в пользу задних колёс это даёт сильный эффект доворота машины без поворота руля. Разумеется, комфортность и универсальность такой системы полностью зависит от тонкостей прописанных программ, но и открывает перед владельцем даже некоторую возможность индивидуальной настройки персонального автомобиля в сторону зажигательности или, наоборот, безопасности.
Наряду с подобными устройствами те же функции могут быть с успехом реализованы штатной противобуксовочной системой, тормозящей свободное колесо и через стандартный свободный дифференциал отсылающей момент к противоположному. По сути, это типовая работа системы стабилизации ESP, перепрограммированная для условий плохой дороги и низких скоростей. И здесь главное – быстродействие, а также точность программы. Подобные «псевдоблоки» способны даже кроссоверам придать достаточно высокую проходимость. К примеру, работу системы контроля тяги ETC стандартного М-класса на бездорожье можно отличить от честно заблокированного аналога со внедорожным пакетом лишь по треску насоса ABS. Разумеется, для длительных силовых упражнений такой вариант не слишком хорош – немного теряется тяга, насос ABS перегревается, да и колодки изнашиваются, но эпизодическое бездорожье подобная электроника побеждает триумфально. Поскольку эффективность подобных систем с годами растёт, а стоимость падает, они всё больше вытесняют с рынка иные, механически более сложные устройства. Последним приходится довольствоваться нишей автоспорта или полноценных внедорожников.
Сегодня процессы самоблокировки в большинстве дифференциалов столь скоротечны и плавны, что зачастую даже продвинутый водитель не в состоянии отличить, сработал у него самоблок, принудительная блокировка или это электроника стабилизации помогла не буксовать. Будущее систем перераспределения тяги в поголовном господстве противобуксовочных систем для массового автомобиля и полноценных «железных» блокировок для настоящего, бескомпромиссного офф-роуда.
Текст Евгений Хапов
Открытые 4X4 | Что такое блокировка дифференциала и когда ее использовать?
Понимание блокировки дифференциала — одна из основ управления внедорожником 4X4, так что же такое блокировка дифференциала и когда ее использовать?
Термин «блокировка дифференциала» — это аббревиатура от блокируемого дифференциала, также известного как блокиратор дифференциала. Есть несколько разных типов, но прежде чем мы перейдем к тому, почему вы хотите заблокировать дифференциал, нам нужно объяснить, что такое дифференциал, и это начинается с проблемы, которую он решает.
Представьте, что у вас есть два колеса на оси, как показано на рисунке ниже.
Когда эта ось поворачивает угол, внутреннее колесо описывает более короткую дугу, чем внешнее колесо. Тем не менее, обоим колесам требуется одинаковое количество времени для завершения поворота. Это нормально, если колеса просто свободно вращаются на конце оси, но это становится проблемой, если мы хотим вести колеса вместе с двигателем.
Мы могли бы просто вставить пару шестеренок и сделать так, чтобы карданный вал вращал ось, но это означало бы, что оба колеса должны вращаться с одинаковой скоростью. Если затем мы попытаемся обойти угол, внутреннее колесо будет вращаться с той же скоростью, что и внешнее колесо, а внутреннее колесо будет подпрыгивать, скользить и подпрыгивать, поскольку оно вынуждено вращаться с гораздо большей скоростью, чем должно небольшое расстояние, которое он должен пройти.Проблема заключается в нагрузке на ось, износе шин, плохой управляемости и склонности к «недостаточной поворачиваемости», что означает, что нос вашего автомобиля будет широко давить в поворотах.
Итак, что необходимо, так это каким-то образом управлять обоими колесами, но позволять им поворачивать с разной скоростью за поворотом. Решение есть, и оно называется дифференциалом, или сокращенно diff . Это сложная серия зубчатых колес, которая позволяет внутреннему колесу замедляться по сравнению с внешним колесом, но при этом оба остаются в движении.С точки зрения водителя не важно, как именно винтики делают это, важен эффект.
На схеме ниже показано, что внутреннее колесо движется по более короткому кругу, чем внешнее, и вращается медленнее. Фиолетовая точка представляет собой дифференциал, который позволяет этому случиться, но приводит в движение оба колеса. Синие стрелки показывают относительную скорость каждой части трансмиссии.
На фотографии ниже изображена ось с корпусом дифференциала в виде выпуклости справа, внутри которой находятся зубцы, составляющие дифференциал.Это немного необычно, так как в основном дифференциалы расположены посередине оси.
Итак, дифференциалы решают проблему прохождения поворотов, но они имеют огромный недостаток для езды по бездорожью, что показано на этом рисунке:
Вы видите на картинке, что переднее правое колесо безумно крутится, а переднее левое не двигается. Это потому, что дифференциалы ленивы, они направляют привод на колесо, которое легче всего повернуть. Если быть точным, они уравнивают крутящий момент (крутящее усилие) между двумя колесами на оси.
Итак, если у нас есть колесо с меньшим сцеплением по сравнению с другим колесом на оси, например, в воздухе или по грязи, его довольно легко повернуть, поэтому оно имеет очень маленькую крутящую силу, и именно столько его колесо-партнер с другой стороны ось попадает. Часто этого недостаточно, чтобы переместить автомобиль, и мы называем это «дифференциальной проблемой».
Понимание проблемы дифференциала — одна из основ езды по бездорожью, потому что это ключ к пониманию не только блокировки дифференциала, но и многих других средств обеспечения тяги и методов вождения.
Итак, вы уже догадались, что такое блокировка дифференциала. Это устройство, которое отключает дифференциал, блокируя его. Это означает, что оба колеса должны вращаться с одинаковой скоростью, что устраняет проблему с дифференциалом. Но это также исключает хорошую часть дифференциала, часть, которая позволяет колесам на оси приводиться в движение с разной скоростью, а транспортным средствам эффективно поворачивать повороты. Вот почему можно включать или отключать блокировку дифференциала — вы включаете ее, когда вам это нужно, например, при подъеме по крутому скалистому подъему, и отключаете, когда вы, например, не едете по обычной дороге.
Существует два основных типа блокировки дифференциала: ручной и автоматический. Большинство из них включаются и выключаются вручную, но есть некоторые конструкции, которые включаются и выключаются автоматически с помощью механических средств или компьютерного управления. Шкафчики предназначены для работы на малой скорости по бездорожью на рыхлых поверхностях, поэтому потеря дифференциального эффекта на поворотах не является большой проблемой, вы просто заметите, что радиус поворота больше, чем раньше.
До сих пор мы говорили не просто о блокировке дифференциала, а о «межколесном дифференциале с блокировкой», чтобы дать ему полное название.Это потому, что это блокировка дифференциала, которая работает на двух колесах на оси. Точно такая же концепция применяется к относительному вращению передней оси относительно задней, и это называется «межосевым дифференциалом». Просто будьте осторожны, чтобы знать, что шкафчик межколесного моста отличается от замка центрального дифференциала, хотя концепция такая же. Мы также называем дифференциал, у которого нет шкафчика, открытым дифференциалом или открытым дифференциалом.
На фото ниже Тойота Прадо. У него активирована центральная блокировка дифференциала, что показано на спидометре оранжевым значком четырех колес с крестиком посередине.У него также есть заблокированный дифференциал заднего моста, показанный эквивалентным красным значком, но с X между задними осями.
Могу ли я установить на свой 4X4 блокировку дифференциала послепродажного обслуживания? А я должен?
Может, уже стоит один или два в стандартной комплектации. Если нет, возможно, ответ. Есть ряд компаний на вторичном рынке, которые поставляют дифференциалы, но не для всех марок и моделей, а только для тех, которые наиболее широко используются для бездорожья. Если у вас есть шкафчик, он может быть установлен механиком.Примерами компаний по производству запчастей для раздевалок являются ARB и Eaton.
Замки дифференциала — определенно не первое, что нужно покупать для внедорожника — оборудование для обеспечения безопасности, такое как огнетушитель и аптечки, имеют более высокий приоритет, чем подвеска, шины, трубки и тому подобное. После того, как вы разберетесь со всем остальным, подумайте о блокировке различий. Если ваш автомобиль современный, с хорошим электронным контролем тяги, то вам меньше требуется блокировка дифференциала по сравнению со старым автомобилем без электронного контроля тяги.Это потому, что электронная система контроля тяги смягчает «проблему дифференциала» аналогично блокировке дифференциала.
На фотографии ниже показаны органы управления водителя передним и задним подкрылками ARB Air Lockers. Они называются воздушными шкафчиками, потому что механизм включения и выключения приводится в действие воздушным компрессором.
Большинство владельцев устанавливают рундуки для вторичного рынка в задней части автомобиля, так как это, как правило, наиболее выгодно при движении по бездорожью, а задняя ось сильнее передней, не в последнюю очередь из-за того, что у нее нет CV суставы.Однако некоторые владельцы таких автомобилей, как Nissan Patrol, устанавливают их на переднюю ось, исходя из того, что задняя часть уже имеет сильный дифференциал повышенного трения (LSD). LSD находится между шкафчиком и открытым дифференциалом.
Какие автомобили имеют блокировку дифференциала в стандартной комплектации?
Вполне возможно, что ваш 4X4 будет поставляться с блокировкой дифференциала на задней оси или на обеих осях. Примерами автомобилей с задними шкафчиками являются Ford Ranger, Pajero Sport и Nissan Patrol Y62, а для передних и задних шкафчиков — некоторые модели Land Cruiser 70 Series, Mercedes-Benz G-Wagen и Jeep Wrangler Rubicon.Мы называем автомобили с передним и задним блокировками дифференциала сдвоенными.
Не все версии всех 4X4 имеют блокировку дифференциала. Ищите такую кнопку на Nissan Y62 Patrol. В правой части изображения есть значок с четырьмя колесами с крестиком между задними осями — это кнопка для включения и выключения заднего фиксатора.
Не существует серийных автомобилей 4X4 с фиксаторами на передней оси, а не на задней, это всегда только задняя ось или обе оси, и вам нужно задействовать заднюю ось, прежде чем вы сможете задействовать переднюю.Это необходимо для сведения к минимуму риска перегрузки и повреждения трансмиссии, так как запирающие механизмы могут легко вызвать значительную дополнительную нагрузку на компоненты трансмиссии, такие как оси.
Когда следует использовать блокировку дифференциала?
Не попадайтесь в ловушку мысли, что, когда дела идут тяжело, вы включаете блокировку дифференциала, и жизнь всегда становится лучше. Иногда лучше оставить его выключенным. На бездорожье так много ситуаций, что невозможно дать конкретный совет, и вам придется в какой-то момент нарушить каждое из приведенных ниже правил, но вот несколько общих советов:
Используйте шкафчики, когда
- Ваш прогресс может быть нарушен из-за наличия колеса на оси с вращением рундуков, например, изрезанный колеями подъем на холм или некоторые грязные колеи.У Jeep Wrangler Rubicon, изображенного ниже, запираются шкафчики, когда он поднимается на холм. Это можно сказать, потому что переднее правое колесо не вращается. То же самое для Nissan GU Patrol, изображенного на заглавном изображении этой статьи;
- Спуск с холма с колеями, где одно колесо может оказаться в воздухе или потерять сцепление с дорогой; и
- Обычно везде, где вы двигаетесь в низком диапазоне первым или вторым, вероятно потеря сцепления на одном или нескольких колесах, но есть хорошее сцепление с другими колесами, и вам не нужно круто поворачивать.
Не используйте шкафчики, если:
- Вам нужно сильно повернуть, например, при резком обратном повороте, потому что шкафчики увеличивают радиус поворота;
- Все четыре колеса находятся на земле с примерно равной массой на них или равной массой двух колес на оси, потому что колеса, вероятно, будут иметь одинаковое сцепление с дорогой, поэтому предотвращение пробуксовки одного колеса не проблема;
- На боковых склонах, так как автомобиль будет выскакивать боком из-за дифференциала, не допускающего проскальзывания колес по оси; и
- Вы едете относительно быстро и вам необходимо маневрировать, например, по песку, в некоторых ситуациях в грязи и снегу.Jeep Grand Cherokee внизу нуждается в противодействии рулевому управлению, чтобы продолжить движение в гору, а шкафчики сделают это сложнее. К тому же это происходит относительно быстро.
Итак, чтобы подвести итог…
Термин «блокировка дифференциала» является сокращением от «блокировки дифференциала», а также сокращается до рундуков. Существует два типа межколесных дифференциалов, которые описаны здесь, и центральные блокировки дифференциалов (центральные блокировки дифференциала), которые мы объясним более подробно в другой статье. Следите за этим.
Дифференциал сам по себе означает, что два колеса на оси могут приводиться в движение с разной скоростью, но это означает, что одно колесо на оси может вращаться, когда оно теряет тягу, что приводит к отсутствию прогресса. Шкафчик решает эту проблему, устраняя эффект дифференциала.
Есть два типа, большинство из которых ручные, но некоторые автоматические. Некоторые 4X4 поставляются с ними в стандартной комплектации либо на задней оси, либо на передней и задней осях («двойная блокировка»), и в зависимости от точной марки и модели вашего автомобиля вы можете установить шкафчик для вторичного рынка.Запирающиеся шкафчики очень полезны на бездорожье, но их не следует рассматривать как решение всех проблем с тягой, и их установка не должна быть приоритетом для новых внедорожников, которым следует в первую очередь сосредоточиться на защитном снаряжении.
4WD против AWD: в чем разница?
Почему Subaru работает лучше, чем Jeep в некоторых условиях и наоборот? Ответ в том, как они приводят в движение свои колеса. Даже если все четыре приводятся в движение, то, как к ним поступает мощность — и как это влияет на ваше вождение — сильно различается.В других случаях он может вообще не отличаться. Смущенный? Давайте объясним, как все это работает.
Начинается с дифференциала
Когда вы поворачиваете на своем автомобиле, грузовике или полноприводном универсале-внедорожнике, внешние колеса перемещаются дальше, чем внутренние, поэтому им нужно вращаться быстрее. Чтобы обеспечить такую разность скоростей, существует устройство, называемое дифференциалом между колесами на оси. Ваши передние колеса также перемещаются дальше, чем ваши задние колеса, поэтому в автомобиле с полным или полным приводом также требуется дифференциал между передней и задней осями.
Эта система отлично подходит для дороги с хорошим сцеплением. Но вся эта причудливая безаварийность в дорожных условиях с высоким сцеплением мешает вам, когда вы сталкиваетесь с ситуациями с низким сцеплением, которые вы найдете на бездорожье или в плохую погоду. Видите ли, природа дифференциала состоит в том, чтобы направлять весь крутящий момент двигателя по пути наименьшего сопротивления — шине с наименьшим сцеплением.
Если вы когда-нибудь пробовали проехать по снежному склону, вы, наверное, замечали это. Когда вы нажимаете на педаль газа, одно колесо вращается свободно, а другое ничего не делает.Чтобы обеспечить сцепление с дорогой в таких условиях, вам нужно заблокировать колеса вместе. И то, как автомобиль это делает, определяет его возможности.
Зачем ездить на всех четырех колесах?
Давайте остановимся на кратком ответе: тяга. При прочих равных четыре колеса имеют вдвое большую тягу, чем два. Конечно, когда мы начали вдаваться в вышесказанное, подключить мощность ко всем четырем колесам было довольно сложно.
Как работает полный привод
Благодаря такому дифференциалу между осями автомобиль с полным приводом направит мощность вашего двигателя по пути наименьшего сопротивления — колесу с наименьшим сцеплением.В то время как полноприводный автомобиль может выбирать только между двумя колесами, система полного привода ищет наименьшее сопротивление на всех четырех колесах.
Чтобы противодействовать этому, лучшие автомобили с полным приводом оснащаются межосевым дифференциалом, который содержит сцепление или вязкостный привод. Это распределяет крутящий момент спереди назад, направляя его от вращающегося колеса. Благодаря тому, что хорошие автомобили с полным приводом делают это на лету, автоматически, без какого-либо вмешательства водителя, они могут помочь водителю поддерживать сцепление с дорогой в различных условиях.Полный привод может перейти от сцепления с дорогой (где дифференциалы должны обеспечивать разные скорости движения из стороны в сторону и спереди назад) на скользкий снег, дождь или грязь (где крутящий момент также необходимо распределить между колесами с сцеплением), практически мгновенно. Вот почему полный привод — лучший выбор для большинства водителей и помогает безопасно перемещаться как в ненастную погоду, так и при легком бездорожье. Важным отличием систем полного привода является то, какой крутящий момент они способны распределять — чем больше, тем лучше. Обязательно ищите этот номер при поиске следующей покупки автомобиля.
Как работает полный привод
4WD работает, блокируя переднюю и заднюю оси вместе, распределяя крутящий момент между ними 50:50. Это обеспечивает отличное тяговое усилие, но автомобиль, заблокированный в режиме полного привода, не может безопасно эксплуатироваться на сухом асфальте, поскольку его передняя и задняя оси вынуждены вращаться с одинаковой скоростью. Помимо того, что автомобиль может выйти из-под контроля, это также вызывает большую нагрузку на трансмиссию и может привести к ее повреждению. При заблокированном режиме 4WD транспортному средству требуется пробуксовка колес, чтобы компенсировать разную скорость осей — в режиме 4WD грузовик может найти сцепление с дорогой на рыхлых поверхностях, но для работы также требуются рыхлые поверхности.Таким образом, вы можете использовать 4WD только по бездорожью или по глубокому снегу.
Чтобы максимально усложнить ситуацию, некоторые автомобили с полным приводом также могут работать с полным приводом. Land Rover Discovery Уэса — отличный тому пример. Во время езды по Голливуду по асфальтированным дорогам у него не будет блокироваться передняя и задняя оси. Если повторить нашу предыдущую тему, это означает, что крутящий момент передается на все четыре колеса, но не распределяется между передней и задней частью. Крутящий момент передается на то из четырех колес, которое имеет наименьшее сцепление с дорогой. Затем, когда он едет по бездорожью в Baja, он блокирует этот межосевой дифференциал, включает 4WD, и мощность равномерно распределяется между передней и задней частями, удваивая тяговое усилие.Благодаря такому расположению автомобиль с постоянным полным приводом может безопасно двигаться по дороге с разблокированным межосевым дифференциалом, а затем перемещаться по рыхлой местности, блокируя этот дифференциал.
В то время как 4WD может равномерно распределять мощность спереди назад, он не может распределять ее из стороны в сторону по оси. Это означает, что в режиме полного привода крутящий момент по-прежнему передается на колесо с наименьшим сцеплением с дорогой на каждой оси. Чтобы исправить это, вам понадобится блокируемый дифференциал, который заставляет оба колеса на оси вращаться с одинаковой скоростью.Это последний кусочек головоломки, позволяющий добиться максимального сцепления с дорогой на бездорожье. При заблокированном межосевом дифференциале и заблокированных дифференциалах на обеих осях крутящий момент распределяется поровну на все четыре колеса.
«Шкафчики» могут работать механическими, электронными или пневматическими средствами. Усовершенствованные внедорожники, такие как Jeep Wrangler Rubicon или Mercedes G-Wagon, в стандартной комплектации оснащены передними и задними шкафчиками, что означает, что они единственные автомобили, действительно способные одновременно управлять всеми четырьмя колесами в условиях низкой тяги.Если в вашем автомобиле нет передних и задних запирающихся шкафчиков, это лучшее вложение, которое вы можете сделать, чтобы добиться большей проходимости по бездорожью. Шкафчики ARB полностью невидимы для вашего автомобиля, пока вы не нажмете переключатель, не включите их и не получите мгновенный захват.
Низкий диапазон увеличивает крутящий момент
Если вы когда-нибудь пытались проехать на машине по бордюру, вы заметили, сколько газа нужно, чтобы перебраться через это простое препятствие. И твоей машине это, наверное, не понравилось.Хотите знать, как внедорожники ползут по гигантским крутым скалам? Это не с большей мощностью, а с пониженной передачей. Передача пониженного диапазона увеличивает крутящий момент двигателя (обычно в два-четыре раза). Это похоже на переключение на бабушку на горном велосипеде — внезапно подъемы требуют гораздо меньше работы. Это также увеличивает эффект торможения двигателем; Низкочастотная передача позволяет спускаться по очень крутой местности без использования тормозов.
Позволяя преодолевать сложную местность на более низких скоростях, передача пониженного диапазона также облегчает преодоление препятствий на передаче, позволяя подвеске поглощать неровности и повышая безопасность.Всегда оставайтесь на малой дальности, если вы едете по крутому бездорожью.
Технология заменяет механические возможности
Внедорожник: возможности вашего автомобиля зависели от полного привода, блокировки дифференциалов и других специальных компонентов. Технологии меняют это. В наши дни люди хотят, чтобы автомобили могли преодолевать Рубиконовую трассу и Нюрбургринг. Контроль тяги делает это возможным.
Кому нужен дорогой, редко используемый блокируемый дифференциал, если вы можете просто обманом заставить свою систему ABS выполнять ту же работу? Благодаря выборочному срабатыванию тормоза на прялке эта технология имитирует эффект запирающего устройства, направляя крутящий момент на колесо вместе с тягой.В наши дни антипробуксовочная система стала настолько эффективной, что может ловить прялку за 1/100 оборота. Он автоматически предоставляет преимущества шкафчика, и вам не нужно знать, когда его использовать. Единственный недостаток заключается в том, что вы отбираете крутящий момент двигателя, чтобы получить тягу — хорошо, если у вас более чем достаточно крутящего момента, но плохо, если у вас нет передачи, чтобы его найти.
Вы можете использовать левую ногу, чтобы имитировать это. В следующий раз, когда ваш AWD Subaru застрянет, когда одно колесо будет неконтролируемо вращаться, попробуйте тормозить левой ногой, одновременно нажимая педаль газа правой.Это должно направить мощность на колесо, которое имеет сцепление с дорогой, позволяя вам ехать прямо на выезде.
Исправление: Изначально эта история шла под заголовком «Что лучше: 4WD или AWD?» С тех пор мы уточнили статью, чтобы предоставить более подробное объяснение.
Ведущее фото: Мэтт СкоттБлокирующие дифференциалы vs.Разблокированные дифференциалы
Когда дело доходит до сцепления с дорогой на бездорожье, дифференциалы играют ключевую роль. По сравнению со стандартным или открытым дифференциалом блокировка дифференциала (также известная как блокировка дифференциала, блокировка или блокировка дифференциала) улучшает тягу. Они распространены в полноприводных (4WD) автомобилях.
Блокировка дифференциала ограничивает вращение двух колес на оси с одинаковой скоростью. По сути, он соединяет их вместе как единый вал. Оба колеса затем поворачиваются вместе, независимо от имеющейся тяги.С заблокированным дифференциалом каждое колесо может прикладывать столько вращающего усилия, сколько позволяет тяга. Это означает, что крутящие моменты с каждой стороны будут неравны, но имеют равные скорости вращения.
Разблокированные дифференциалы
Разблокированный, стандартный или открытый дифференциал означает, что каждое колесо может вращаться с разной скоростью. Это происходит при повороте и предотвращает истирание шин. Открытый дифференциал обеспечивает одинаковый крутящий момент на каждое колесо за одно действие. Несмотря на то, что колеса могут вращаться с разной скоростью с этим типом дифференциала, они получают одинаковую силу для вращения, даже если одно неподвижно, а другое движется.
Автомобили со стандартным полным приводом, также известные как полноприводные, имеют три дифференциала. По одному дифференциалу на каждой из двух осей, а центральный дифференциал (известный как раздаточная коробка) находится между передней и задней осями.
Транспортные средства с заблокированным дифференциалом могут иметь большее преимущество, когда дело касается тяги, по сравнению с транспортными средствами со стандартным или открытым дифференциалом, но только тогда, когда тяга под каждым колесом разная. Если вы серьезно относитесь к водителю бездорожья, у вашего автомобиля, вероятно, есть блокируемый дифференциал.
Типы блокировок дифференциалов
Различают три основных типа блокировки дифференциалов:
- Автоматический замок блокирует и разблокирует автоматически; водителю не нужно ничего делать. Это гарантирует, что на оба колеса всегда поступает нужное количество мощности независимо от тяги. Затем они разблокируются, когда одно колесо должно вращаться быстрее при повороте. В состоянии покоя положение заблокировано. Этот тип дифференциала увеличивает износ шин.
- Блокировка с возможностью выбора позволяет водителю управлять переключением дифференциала между режимами блокировки и разблокировки. Он может использовать пневматику (сжатый воздух), электронные соленоиды (электромагнетизм) или тросовый механизм. Они сложнее и дороже автоматических замков. Этот тип позволяет дифференциалу работать в открытом режиме для лучшей управляемости и маневренности, но есть и другие детали, которые могут выйти из строя.
- Катушки — это устройства, соединяющие оси, которые не используются в большинстве потребительских автомобилей, а используются только в транспортных средствах, ведущих спортивные соревнования.
Может показаться, что блокировка дифференциалов — лучший вариант, но у них есть некоторые недостатки. Шины изнашиваются сильнее, потому что они не работают так плавно, как стандартные или открытые дифференциалы, и могут издавать стук или щелчки во время блокировки и разблокировки. Однако, если вы внедорожник, они могут быть именно тем, что вам нужно.
типов дифференциалов и принцип их работы
Как и большинство вещей в современных автомобилях, простая зубчатая передача, известная как дифференциал, подвергалась постоянным усовершенствованиям и экспериментам, в результате чего было создано множество типов, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки.
Концепция дифференциала, то есть позволяющая колесам, установленным на одной оси, вращаться независимо друг от друга, является древней конструкцией, и первый известный пример ее использования был зарегистрирован в Китае в -м году тысячелетия до нашей эры.
Хотя это было задолго до изобретения автомобиля, повозки, повозки и колесницы все еще страдали от той же проблемы, связанной с буксованием или волочением одного колеса на поворотах, что увеличивало износ и приводило к повреждению дорог.
Появление двигателей, приводящих в движение передние или задние колеса для приведения в движение транспортного средства, вместо того, чтобы просто тянуть их на лошади, добавило новую проблему, которую необходимо преодолеть — как обеспечить независимое вращение, сохраняя при этом возможность приводить в действие оба колеса.
Первые автомобили не пытались, они просто приводили в движение только одно колесо на независимой оси. Но это было далеко от идеала, так как это означало, что они были недостаточно мощными и часто сталкивались с проблемами сцепления на любом другом участке, кроме твердой, ровной поверхности.
В конечном итоге это привело к разработке открытого дифференциала до того, как были разработаны другие более сложные типы для преодоления более сложных условий вождения.
Посмотрите это видео, в котором с помощью трехмерных изображений объясняется, как работают следующие типы дифференциала:
Открытый дифференциал:
Дифференциал в своей основной форме состоит из двух половин оси с шестерней на каждом конце, соединенных вместе третьей шестерней, составляющих три стороны квадрата.Обычно это дополняется четвертой передачей для дополнительной силы, завершая квадрат.
Этот базовый блок затем дополняется кольцевой шестерней, добавляемой к корпусу дифференциала, который удерживает основные основные шестерни, и эта кольцевая шестерня позволяет приводить колеса в движение путем соединения с приводным валом через шестерню.
В этом примере вы можете увидеть три стороны внутреннего зубчатого колеса, составляющего основной механизм, причем большая синяя шестерня представляет коронную шестерню, которая будет соединяться с приводным валом.На левом изображении показан дифференциал с обоими колесами, вращающимися с одинаковой скоростью, а на правом изображении показано, как внутренние шестерни входят в зацепление, когда одно колесо вращается медленнее, чем другое.
Эта зубчатая передача составляет дифференциал открытого типа, и является наиболее распространенным типом автомобильного дифференциала , от которого происходят более сложные системы.
Преимущество этого типа в основном ограничивается основной функцией любого дифференциала, как описано ранее, с упором в первую очередь на обеспечение возможности поворота оси более эффективно, позволяя колесу за пределами поворота двигаться с большей скоростью, чем внутреннее колесо. поскольку он покрывает больше земли.Он также выигрывает от того, что его базовая конструкция относительно дешева в производстве.
Недостатком этого типа является то, что, поскольку крутящий момент распределяется равномерно между обоими колесами, количество мощности, которое может передаваться через колеса, ограничивается колесом с наименьшим сцеплением.
По достижении предела тяги обоих колес вместе, колесо с наименьшим тяговым усилием начнет вращаться, что еще больше снижает этот предел, поскольку сопротивление со стороны уже вращающегося колеса еще меньше.
Прочтите наш блог о турбонагнетателях, нагнетателях и безнаддувных двигателях
Заблокированный дифференциал:
Блокировка или блокировка дифференциала — вариант, встречающийся на некоторых транспортных средствах, в первую очередь на тех, которые едут по бездорожью. По сути, это открытый дифференциал с возможностью блокировки на месте для создания фиксированной оси вместо независимой. Это может происходить вручную или с помощью электроники в зависимости от технологии в автомобиле.
Преимущество заблокированного дифференциала в том, что может получить значительно большее тяговое усилие, чем открытый дифференциал .Поскольку крутящий момент не распределяется поровну 50/50, он может передавать больший крутящий момент на колесо, которое имеет лучшее сцепление с дорогой, и не ограничивается более низким сцеплением другого колеса в любой данный момент.
Поскольку маловероятно, что вы будете двигаться со скоростью и обычно путешествуете по неровной поверхности, проблема торможения и износа шин на поворотах на неподвижной оси является меньшей проблемой.
Одним из недостатков заблокированных дифференциалов называется заедание, которое возникает, когда в трансмиссии накапливается избыточная энергия вращения (крутящий момент), и ее необходимо ослабить — обычно это достигается за счет отрыва колес от земли для сброса положения.Или просто сняв замки, когда они больше не нужны.
Представьте себе длинную картонную трубку, которую держат на каждом конце, а затем скручивают трубку в противоположных направлениях до такой степени, что трубка не может больше выдерживать силу, складывается и разрывается — это связывание. Это происходит потому, что колеса движутся с разной скоростью, что приводит к скручиванию осей и увеличению давления на шестерни, но нагрузки на колеса и их повышенного тягового усилия достаточно, чтобы предотвратить проскальзывание шин и сбросить давление.
Сварной / золотниковый дифференциал:
Сварные дифференциалы, по сути, такие же, как заблокированный дифференциал, только он был постоянно приварен из открытого дифференциала к фиксированной оси (также известный как дифференциал золотника). Обычно это делается только в определенных обстоятельствах, когда характеристики заблокированного дифференциала / Фиксированная ось, которая облегчает одновременное вращение обоих колес, желательны — например, в автомобилях, предназначенных для дрифта.
Обычно это не рекомендуется, так как тепло от сварки может снизить прочность компонентов и увеличить риск катастрофического отказа детали — что может даже привести к тому, что сломанные шестерни дифференциала взорвутся через корпус дифференциала и представляют опасность для других участников дорожного движения и пешеходов.
Дифференциал повышенного трения:
LSD объединяет преимущества открытого и заблокированного дифференциалов через более сложную систему. Есть две категории, которые используют разные формы сопротивления для достижения одного и того же эффекта:
Механическое сцепление LSD:Этот тип LSD окружает ту же самую центральную шестерню, видимую на открытом дифференциале, парой нажимных колец, которые оказывают усилие на два набора дисков сцепления, расположенных рядом с шестернями.Это обеспечивает сопротивление независимому вращению колес, изменяя действие дифференциала с открытого на заблокированный — и обеспечивая ему повышенное тяговое усилие, которое этот тип выигрывает от более открытого дифференциала.
На этом разрезе вы можете увидеть нажимные кольца (также срезанные), окружающие центральные шестерни, которые при вращении раздвигаются центральными зубчатыми штифтами, прижимающимися к наклонным поверхностям. Это движение толкает нажимные кольца на блоки сцепления (желтый и синий) с обеих сторон, создавая сопротивление и изменяя поведение оси с открытого на фиксированный.
Блоки управления двигателемс механической муфтой также подразделяются на подтипы, которые ведут себя немного по-разному и изменяются при воздействии давления на диски сцепления и нажимные кольца:
- В LSD с односторонним движением давление проявляется только при ускорении. Это означает, что при прохождении поворотов и выключении питания дифференциал ведет себя как открытый тип, позволяя им поворачиваться независимо, но при ускорении принудительное вращение дифференциала создает трение в дисках сцепления, блокируя их на месте, чтобы получить больше тяги.
- A LSD с двусторонним движением делает шаг вперед и оказывает давление на диски сцепления и при замедлении, чтобы улучшить устойчивость при торможении на дорожном покрытии с изменчивой поверхностью.
- полуторный снова пытается объединить лучшее из обоих подтипов, оказывая большее давление при ускорении и меньшее при замедлении.
Обратной стороной механических LSD является то, что они требуют регулярного обслуживания для поддержания работоспособности и склонны к полному износу, что приводит к дорогостоящей замене деталей.
Вязкий LSD:Второй тип дифференциала повышенного трения, в котором вместо муфт используется густая жидкость для создания сопротивления, необходимого для изменения поведения дифференциала между разомкнутым и заблокированным состояниями. Из-за того, что у них меньше движущихся частей, чем у механических LSD, VLSD проще, но также имеют более широкий спектр преимуществ и недостатков по сравнению с ними.
В своей основной работе эффект более плавный в применении, чем механические LSD, поскольку сопротивление растет в унисон со скоростью, на которой движутся колеса по сравнению с корпусом дифференциала, обеспечивая очень постепенное увеличение.
VLSD также способны передавать крутящий момент более эффективно на колесо, которое имеет большее сцепление с дорогой . Поскольку жидкость действует так, чтобы сопротивляться пониженной скорости, если колесо когда-либо теряет сцепление с дорогой и вращается, разница в скорости между двумя колесами внутри дифференциала создает большее сопротивление более медленному движущемуся колесу, передавая больший крутящий момент от ведущего вала на него.
VLSD становятся менее эффективными при длительном использовании, поскольку жидкость нагревается, они становятся менее вязкими и обеспечивают меньшее сопротивление.Он также не может блокироваться так же полно, как механический LSD, из-за того, что жидкость не может обеспечить абсолютное сопротивление в подходящем пространстве.
Недостатком как механических, так и вязких LSD является то, что система не всегда эффективно направляет крутящий момент во время прохождения поворотов на высокой скорости, поскольку она может интерпретировать более быстро движущееся внешнее колесо как потерю сцепления. Затем он направляет крутящий момент на внутреннее колесо, создавая избыточную / недостаточную поворачиваемость в момент, противоположный тому, когда это необходимо.
Torsen Дифференциал:
В дифференциале Torsen ( Tor que — Sen sing) используется хитроумная передача, обеспечивающая тот же эффект, что и в дифференциале с ограниченным скольжением, без необходимости использования муфт или гидравлического сопротивления.
Это достигается за счет добавления слоя червячной передачи к традиционной передаче открытого дифференциала. Эти наборы червячных шестерен, действующих на каждую ось, обеспечивают сопротивление, необходимое для передачи крутящего момента, которое затем достигается за счет того, что червячные шестерни находятся в постоянном зацеплении друг с другом через соединенные прямозубые цилиндрические шестерни.
На первом и втором изображениях показаны три пары червячных шестерен, зацепленных с каждой половиной оси — с цилиндрическими шестернями на конце каждого червяка, соединяющими пары.Именно это соединение передает крутящий момент от одного колеса к другому, когда одна ось начинает вращаться быстрее, чем другая. В то время как первое и второе изображения имеют оригинальный дизайн торсена, третье изображение представляет собой вторую версию дифференциала торсена. В новой конструкции червячные шестерни переставлены на одну линию с осями, но при этом выполняют то же механическое действие. Каждая червячная передача все еще находится в контакте со своей парой, и только одна сторона оси с промежутками в шестерне удаляет зацепление с другой стороны.
Постоянное зацепление между двумя сторонами дифференциала имеет дополнительное преимущество, заключающееся в немедленной передаче крутящего момента, что делает его чрезвычайно чувствительным к изменяющимся дорожным и дорожным условиям.
В то время как открытый дифференциал всегда должен распределять крутящий момент 50/50 между каждым колесом, дифференциал Torsen способен направлять больший процент крутящего момента через одно колесо в зависимости от передаточных чисел шестерен. Этот устраняет ограничение мощности, которое испытывают открытые дифференциалы , потому что величина доступного крутящего момента не ограничивается величиной тяги в любом колесе.
Кроме того, зубчатая передача также может быть обработана таким образом, чтобы придавать другое соотношение сопротивления при ускорении и замедлении, как это делает полутораходовой дифференциал повышенного трения.
Все это достигается механически без использования электроники или каких-либо скоропортящихся деталей, приносимых в жертву трению, и в целом дифференциал Torsen является превосходной механической системой , которая сочетает в себе основные преимущества всех перечисленных ранее типов дифференциалов.
Прочтите наш блог о трансмиссиях с двойным сцеплением и принципах их работы
Активный дифференциал:
Очень похоже на дифференциал повышенного трения, в активном дифференциале по-прежнему используются механизмы, обеспечивающие сопротивление, необходимое для передачи крутящего момента с одной стороны на другую, но вместо того, чтобы полагаться на чисто механическую силу, эти муфты могут активироваться электронным способом.
Активный дифференциал может использовать электронику для искусственного изменения механических сил, которые система испытывает при изменении условий движения.Это делает их управляемыми и, следовательно, программируемыми, а с помощью ряда датчиков на транспортном средстве компьютер может автоматически определять, на какие ведущие колеса и когда направить мощность.
Это радикально улучшает характеристики, особенно на несовершенном дорожном покрытии, и особенно предпочитают водители ралли, чьи автомобили выдерживают быстро меняющиеся условия движения и нуждаются в системе, которая может не отставать от их непрерывных регулировок транспортного средства.
Дифференциал с вектором крутящего момента:
TVD продвигает эту усовершенствованную с помощью электроники систему еще дальше, используя ее для управления углом или вектором транспортного средства в поворотах и выходе из них, побуждая определенные колеса получать больший крутящий момент в ключевые моменты, что улучшает характеристики прохождения поворотов.
Активировав сцепление, противоположное тому, что обычно включает LSD с чисто механическим приводом, вы можете использовать этот эффект для помощи в рулевом управлении, а также снизить мощность, преодолевая недостатки системы LSD.
При входе в поворот, многоходовой LSD оказывает сопротивление обоим колесам, чтобы хотя бы частично заблокировать ось и стабилизировать ее при торможении, которое затем высвобождается, когда скорость колес падает и автомобиль поворачивает, позволяя колесам вращаться. на разных скоростях.
Однако вместо того, чтобы ослабить сопротивление на обоих колесах, TVD продолжает активировать сцепление только на внешнем колесе, увеличивая сопротивление, испытываемое этим колесом, и заставляя систему передавать через него больший крутящий момент. Этот дисбаланс внешней силы способствует резкому повороту автомобиля в повороте и снижению недостаточной поворачиваемости.
Продолжая применять это сопротивление через поворот, когда транспортное средство проходит вершину и начинает ускоряться, оно будет продолжать игнорировать нормальный многосторонний LSD, который снова будет интерпретировать более быстрое движение внешнего колеса как пробуксовку и отвлекать крутящий момент во время ускорения до внутреннее колесо, которое воспринимается как лучшее сцепление.
Поскольку TVD оказывает большее сопротивление сцеплению внешних колес, он обманом заставляет систему отводить через него больше крутящего момента — увеличивая мощность, которую можно приложить , и уменьшая недостаточную поворачиваемость, возникающую при ускорении на выходе из поворота.
Желтая стрелка указывает на передачу крутящего момента, происходящую через угол, создаваемую искусственным сопротивлением, оказываемым TVD на внешнее колесо. Это позволяет добиться большего ускорения на выходе из поворота, в то же время повышая поворачиваемость автомобиля.
Дифференциал с вектором крутящего момента способен передавать 100% доступного крутящего момента через одно колесо, когда это необходимо в самых экстремальных обстоятельствах.
Обратной стороной этой системы является то, что она очень сложна и очень дорога, и обычно используется только для гонок / треков из-за ее потенциала на высокой скорости в поворотах.
У каждой системы есть свои преимущества и недостатки, и хотя более сложные системы, как правило, лучше, их стоимость намного превышает стоимость более простых систем.
Как и во всем автомобильном мире, польза от каждой системы зависит от того, что именно вы будете делать со своим автомобилем и на что должен быть способен ваш дифференциал. У вас не будет особой нужды в дифференциале векторизации крутящего момента при посещении местного супермаркета, если только вы не воображаете себя в следующем WRC и не можете позволить себе штраф — но вам может понадобиться дифференциал блокировки, если вы живете в сельской местности. лучше доступен для внедорожника.
Щелкните здесь для визуального просмотра различных типов дифференциала.
MAT FOUNDRY GROUP ЯВЛЯЕТСЯ ВЕДУЩИМ ПРОИЗВОДИТЕЛЕМ СЕРЫХ И ЧУГУННЫХ КОМПОНЕНТОВ ДЛЯ АВТОМОБИЛЕЙ. ЧТОБЫ УЗНАТЬ БОЛЬШЕ О НАС ПРОСМОТРЕТЬ НАШИ ПРОДУКТЫ ИЛИ СВЯЗАТЬСЯ С НАМИ СЕГОДНЯ
Что именно делает блокировка дифференциала?
ИЗОБРАЖЕНИЕ от Violago
В мире полноприводных автомобилей блокировка дифференциалов — например, блокировки дифференциалов или «локеры», как их называют в внедорожниках, — говорит — похожи на волшебные инструменты.
Прежде чем идти дальше, позвольте сказать, что шкафчики используются только в очень экстремальных условиях. Их нельзя использовать на дорогах, и при неправильном использовании они могут привести к повреждению трансмиссии или даже к аварии.
Читать ниже ↓
Большинство транспортных средств обычно оборудовано запирающимися шкафчиками на задней оси, но некоторые (в зависимости от конфигурации трансмиссии транспортного средства) могут иметь два или три, а в некоторых полноприводных автомобилях даже пять.
Все полноприводные автомобили оснащены дифференциалом передней и задней ведущей оси.В случае задней оси, где большинство производителей устанавливают блокираторы, используется дифференциал, который заставляет левую и правую шины вращаться в заданном направлении, но не синхронно. Это связано с тем, что обе шины проходят разное расстояние во время поворотов, например, внешняя шина совершает больше оборотов, чем внутренняя.
Читать ниже ↓
Рекомендованные видео
Если и левая, и правая шина поворачиваются с одинаковой скоростью при задействованных фиксаторах, возникает эффект торможения при резком повороте, который может вызвать нерегулярное и нестабильное управление.Это то, что делает рундук при включении на твердом, сухом дорожном покрытии, отсюда и необходимость в дифференциале. В условиях бездорожья «заблокированный» дифференциал заставляет левое и правое колесо одновременно вращаться для максимального сцепления с дорогой.
Читать ниже ↓
Это возвращает нас к тому, почему вам вообще нужна блокировка дифференциала. Это потому, что без блокировки дифференциала на ведущей оси, когда левая или правая шина — или даже обе шины — справляются с условиями движения по бездорожью, она поднимает шину в воздух.Назначение дифференциала как для левой, так и для правой шины состоит в том, чтобы предотвратить пробуксовку шин на разных скоростях, позволяя совершать крутые повороты с небольшим сопротивлением.
В большинстве автомобилей вы не можете включить блокировку дифференциала, если автомобиль не находится в режиме 4WD low, или ее можно включить, когда автомобиль находится в режиме 4WD high.
Помните об этом, когда в следующий раз будете ездить на внедорожнике. Они могут спасти вас и ваш автомобиль.
Также читают
Читать далее
Оставить комментарий
Pickup Trucks 101: что нужно знать о Traction
Отправленный Марком Уильямсом | 8 июня 2017 г.
Примечание редактора: Давние читатели PickupTrucks.com, возможно, помнит название этого сериала несколько лет назад. Чтобы лучше обслуживать наших менее опытных читателей, мы воскрешаем его, обсуждая некоторые из наиболее важных тем о пикапах. Начнем с одной из самых основных проблем — особенно при движении по скользкой улице с пустой грядкой — тяги.
В ближайшие месяцы у нас будет больше этих статей, посвященных основам, так что следите за обновлениями. И не стесняйтесь добавлять свои два цента или предлагать темы для обсуждения в разделе комментариев под статьей.Если вы не зарегистрированы для добавления комментариев, выделите несколько секунд и сделайте это сейчас. Мы хотим услышать, что вы хотите сказать.
Мэтью Барнс
Вы когда-нибудь пытались быстро разогнаться, чтобы выехать на высокоскоростное шоссе в плохую погоду, и застряли в крутящемся колесе? Открытые дифференциалы важны при поворотах, поскольку они позволяют внешней шине двигаться быстрее, чем внутренней. К сожалению, они также позволяют передавать всю мощность на колесо с наименьшим тяговым усилием.В большинстве условий вождения это нормально, но при движении в ненастную погоду или по пересеченной или грязной местности автомобиль может застрять, раскручивая одну шину на скользком месте, в то время как остальные три имеют отличное сцепление с дорогой. Транспортировка или буксировка тяжелого груза может еще больше затруднить вождение в этих условиях с открытым дифференциалом.
Для борьбы с этим многие производители предлагают в той или иной форме средства защиты тяги. Они варьируются от торможения вращающегося колеса (колес) с помощью антиблокировочной тормозной системы до блокировки дифференциала, чтобы оба колеса вращались с одинаковой скоростью независимо от того, на какой поверхности находятся шины.Многие системы предлагают комбинацию, например Toyota Tacoma, которая имеет активную антипробуксовочную систему и электронную блокировку заднего дифференциала.
Антиблокировочная тормозная система
Многие производители предлагают стандартную антипробуксовочную систему ABS для своих пикапов и внедорожников. Некоторые производители выходят за рамки базовой антипробуксовочной системы с внедорожной версией. Эти типы систем можно найти на Toyota, Nissans, Jeep, Ford, GM, Rams и многих других. В автомобилях с ABS на каждом колесе есть датчики, которые определяют, заблокировано ли колесо, когда оно должно вращаться, и нужно ли активировать ABS для этого колеса.Эти же датчики и антиблокировочные тормозные системы используются для торможения колеса, которое вращается значительно быстрее, чем противоположное колесо на той же оси. Эти системы недороги, поскольку в них используется уже установленное оборудование. Недостатком этих систем является то, что они могут издавать громкие скрежетающие звуки, перегреваться при чрезмерном использовании и вызывать дополнительный износ тормозной системы. Многие можно включать и выключать нажатием кнопки. Они также чувствительны к нажатию на педаль газа и тормозов и требуют некоторого обучения, но после освоения тяги с АБС они могут оказаться бесценными.
Дифференциал повышенного трения
Существует два основных типа дифференциалов повышенного трения: с приводом от зубчатой передачи и с приводом от сцепления. В дифференциалах с зубчатым приводом, которые часто называют дифференциалами Torsen, используются червячные винты и червячные передачи для управления величиной крутящего момента, передаваемого на каждую ось. В дифференциалах повышенного трения с шестеренчатым приводом нет ударов или хлопков, потому что они всегда включены. Они также прочные и не требуют специальных добавок к трансмиссионному маслу. Дифференциалы с зубчатым приводом работают по системе увеличения крутящего момента.Если дифференциал имеет отношение смещения 3: 1, он умножит крутящий момент на шине с низким сцеплением на 3 и отправит этот большой крутящий момент на шину с высоким сцеплением. Если колесо с меньшим сцеплением имеет сопротивление крутящему моменту 40 фунт-фут, то на другую сторону будет передаваться крутящий момент 120 фунт-фут. Обратной стороной этой системы является то, что когда одна шина не имеет тяги, дифференциал не может передавать крутящий момент на шину с тяговым усилием, потому что любое число, умноженное на ноль, равно нулю. Во многих ситуациях одновременное включение тормозов и дроссельной заслонки позволит передать достаточный крутящий момент на шину с тягой, чтобы автомобиль снова начал двигаться.Эти типы дифференциалов обычно используются в задних дифференциалах грузовиков и внедорожников, центральных дифференциалах полноприводных автомобилей и даже иногда в переднем дифференциале, например, в Ford F-150 Raptor, работающем по пустыне.
Дифференциалы с приводом от сцепления работают так же, как сцепление в механической коробке передач, но они используют ряд дисков сцепления для увеличения крутящего момента на колесе с повышением тяги. Часто они чувствительны к разнице скоростей между колесами, а это означает, что чем быстрее одно колесо вращается по сравнению с другим, тем больший крутящий момент передается на колесо с тягой.Эти дифференциалы могут передавать крутящий момент на колесо с тягой, даже когда противоположное колесо не имеет тяги. Обратной стороной дифференциалов с приводом от сцепления является то, что они со временем изнашиваются и нуждаются в ремонте. Они также требуют наличия фрикционных присадок в трансмиссионном масле для обеспечения их эффективной работы.
Блокировка дифференциала
Существует много типов блокировки дифференциалов, но все они работают, заставляя оба колеса вращаться с одинаковой скоростью, эффективно создавая распределение крутящего момента между колесами 50/50.Производители предлагают два основных типа блокировки дифференциалов: электронную блокировку и автоблокировку.
Дифференциалы с электронной блокировкой, или электронные шкафчики, работают с помощью электромагнита или соленоида для включения шкафчика. Они предлагаются во многих грузовиках и внедорожниках Toyota, Ford, Ram и Nissan. Они предсказуемы; водитель выбирает, когда включать или выключать механизм, но большинство из них может быть задействовано только тогда, когда автомобиль находится в режиме 4-Low, а не во время движения. Это может вызвать проблемы в нормальных условиях вождения, когда вы не хотите, чтобы дифференциал постоянно блокировался, но вы попадете в скользкое место, и автомобиль застрянет или значительно замедлится из-за вращения одного колеса.Toyota Tacoma и 4Runner; Nissan Frontier; У Ford Raptor, F-150, F-250 и F-350 есть электронные шкафчики. Почтенный Ram 2500 Power Wagon имеет передний и задний дифференциалы с электронной блокировкой, а сзади — механизм ограниченного скольжения с приводом от шестерен.
Автоблокировка дифференциалов активируется, когда одно колесо вращается примерно на 100 об / мин быстрее, чем другое колесо той же оси. Разница в скорости заставляет механизм активировать и блокировать оси вместе. Они могут зацепиться с треском и даже могут вызвать повреждение осей или дифференциала, если разница в сцеплении между двумя колесами велика.Они хорошо работают в большинстве условий. Eaton G80 от GM, используемый во многих его грузовиках и внедорожниках, является примером автоблокировки дифференциала. Автоматические запирающиеся шкафчики могут сработать, даже если одно колесо имеет нулевое сцепление с дорогой или оторвано от земли. Обратной стороной является то, что водитель не может выбирать, когда включать или отключать шкафчик.
Другие типы блокировки или блокировки дифференциалов включают пневматические, гидравлические, тросовые, храповые и золотниковые. Есть даже несколько сложных электрических над вакуумом над гидравлическими системами, как в Mercedes-Benz G-Class.Большинство из них доступны как опции послепродажного обслуживания, и все они работают по-разному. Пневматические, гидравлические и тросовые дифференциалы похожи на электронные шкафчики в том смысле, что водители могут блокировать и разблокировать дифференциал, когда захотят. Дифференциалы с храповым механизмом всегда включены и позволяют внешнему колесу вращаться быстрее, чем внутреннее колесо, но ни одно из них не может вращаться медленнее, чем коронная шестерня в дифференциале. Золотники исключают дифференциал, поэтому крутящий момент всегда распределяется 50/50.
Какой дифференциал лучше всего подходит для вас?
У каждого типа тягового устройства есть свои преимущества и недостатки.Каждый из них работает по-разному в разных ситуациях, и не существует одного типа, который лучше всего подходит для всех. При выборе тягового устройства важными факторами являются стиль вождения, предпочтительные виды деятельности, климат и местоположение. Ниже приводится краткое описание типов тяговых устройств, обычно используемых в конкретной ситуации. Однако то, что лучше всего подходит для одного человека, может не сработать для другого в той же ситуации. Те, кто любит ползать, оснащают свои автомобили выбираемыми шкафчиками, такими как электронный шкафчик или воздушный шкафчик, потому что они обеспечивают максимальный контроль и предсказуемость в ситуациях с низким сцеплением.
При движении по грязи, снегу или обледенению зачастую проще управлять устройством ограниченного скольжения или автоматическим запиранием, поскольку они включаются только при обнаружении скольжения. При буксировке тяжелого груза или прицепа рекомендуется использовать дифференциал с шестеренчатым приводом, поскольку увеличенный вес на задней оси может создать большую разницу в сцеплении с дорогой между двумя колесами. В этой ситуации устройства типа сцепления будут изнашиваться быстрее, чем если бы они были слегка нагружены, а устройства автоматической блокировки будут задействованы сильнее, что также приведет к большему износу.Катушки используются только в специальных целях, так как ими сложно ездить по улице в любых условиях.
Еще важнее, чем какое тяговое устройство или система у вас есть, — это знать, что у вас есть и как им пользоваться. Блокировка и дифференциалы повышенного трения ведут себя по-разному. Ограниченное скольжение с приводом от зубчатой передачи отличается от ограниченного скольжения с приводом от муфты, а автоматическое запирание отличается от выбираемого рундука. У средств увеличения тяги ABS также есть свои «сладкие места», в которых они работают лучше всего.Простое знание того, что есть у вашего пикапа и как его использовать в той или иной ситуации, позволит грузовику продолжить свой путь, несмотря на плохую погоду или пересеченную местность.
Cars.com фото Мэтью Барнс, Эван Сирс
ПРАВДА ОБ ОТКРЫТОМ VS. ЗАБЛОКИРОВАННЫЕ ДИФФЕРЕНЦИАЛЫ
Нужны ли мне шкафчики дифференциала?
Правда в том, что; Несмотря на то, что не всем нужны блокираторы дифференциала, каждый может использовать их в какой-то момент на бездорожье.Большинство стандартных автомобилей 4X4 поставляются с открытыми дифференциалами (Wrangler Rubicon, Toyota с электронным шкафчиком и некоторые другие модели будут поставляться с шкафчиками в качестве заводской опции). Это означает, что если у вас нет шкафчиков, у вас действительно есть только 2 колеса, обеспечивающие тягу к автомобилю в любой момент времени, когда включен 4WD; один для передней оси и один для задней оси.
Позвольте мне рассказать вам о том, как работает большинство дифференциалов. Дифференциалы принимают крутящий момент, поступающий от трансмиссии через карданные валы, и передают его на колеса.При этом дифференциалы получили свое название от механизма, который отсоединяет колесо с наибольшим сопротивлением, чтобы вы могли легко и без перескакивания шин. Видео ниже объясняет, как работает большинство дифференциалов.
Блокировка дифференциала может иметь огромное значение при вождении по бездорожью. Если какая-либо из ваших шин слегка отрывается от земли, вся тяга от этой оси будет передаваться этой шине (той, которая имеет наименьшее сопротивление), а шина, которая фактически соприкасается с землей, будет иметь нулевое сцепление с ней. .Вот так, друг мой, и застрянешь… даже если у тебя автомобиль 4X4.
Теперь, если вы попали в такую же ситуацию на автомобиле 4X4, оборудованном блокировками дифференциала, как только ваша шина начнет вращаться от земли, вы можете активировать свой шкафчик (если его можно выбрать или если у вас есть автоматический шкафчик, он активируется сам по себе) . Тогда шкафчик заблокирует обе шины вместе, и та, которая соприкасается с землей, получит сцепление, необходимое для преодоления препятствия или вытаскивания вашего автомобиля из более мягкого грунта.
Теперь пора поговорить о различных типах блокировок дифференциала, которые вы можете приобрести для своего автомобиля.
Дифференциал с ограниченным скольжением: Дифференциал этого типа автоматически передает некоторое тяговое усилие другой шине, как только она ощущает скольжение одной шины. Не обеспечивает стопроцентную блокировку и рекомендуется для легкого бездорожья, ежедневных водителей, буксировщиков и т. Д. Некоторыми примерами являются TrueTrac, Toyota LSD и другие.
Автоматические запирающиеся шкафчики: Этот стиль всегда обеспечивает стопроцентную блокировку, позволяя шинам вращаться с разной скоростью при повороте, чтобы обеспечить более плавное вождение на дороге. Эти блоки будут заблокированы сами по себе без необходимости вмешательства оператора. Некоторыми примерами являются Detroit, Aussie Locker, Lock-Rite и т. Д. Отлично подходит для внедорожников, не очень хорошо для дорожных транспортных средств, особенно если присутствует снег или лед.
Выбираемые рундуки: Это шкафчик, который наиболее рекомендуется, так как вы можете перепрыгнуть с открытого дифференциала на полностью заблокированный, щелкнув выключатель или потянув за кабель.Эти устройства обеспечивают 100% блокировку и полностью отключаются, поэтому вождение будет точно таким же, как вождение автомобиля с открытыми дифференциалами, но наличие этой опции блокировки по требованию — это здорово! Это самые дорогие шкафчики, но они стоят каждой копейки. Оборватели Rubicon и Toyota с E-Locker предложат эту опцию с завода либо для задней оси, либо для обеих осей. Электронные запирающиеся шкафчики, воздушные шкафчики и кабельные шкафчики подпадают под эту категорию. Отлично подходит для любого автомобиля.
Катушки: Они будут постоянно держать обе шины заблокированными на 100%.