Самоблокирующийся дифференциал — как это работает — журнал За рулем

Изучаем конструкцию основных типов самоблокирующихся дифференциалов. Какой самоблок (если он, конечно, не установлен на заводе) подойдет для вашего автомобиля?

Создание универсального механизма, идеально работающего в любых условиях, - голубая мечта каждого конструктора. Однако выверенное на бумаге решение на практике обязательно обрастает своими «но». Иногда случаются парадоксы: достоинство и главное предназначение узла в определенных условиях становятся его недостатками. Характерный пример — свободный дифференциал.

Ахиллесова пята

Для простоты понимания проблемы свободных дифференциалов, используемых на большинстве автомобилей, рассмотрим пример с их межколесными представителями — поскольку межосевые собратья на полноприводных машинах работают аналогично.

Межколесный дифференциал обеспечивает разность частот вращения ведущих колес в повороте. Это важно для борьбы с так называемым паразитным крутящим моментом и для сохранения управляемости автомобиля. Ведь в повороте внешнее колесо идет по более длинной дуге, нежели внутреннее, и при равенстве частот вращения неизбежна пробуксовка.

Материалы по теме

Схема работает гладко, пока одно из колес не теряет сцепление с дорогой. К примеру, когда правые колёса автомобиля стоят на асфальте, а левые — на льду. В силу своей конструкции обычный дифференциал имеет чрезмерную свободу. Стоящее на льду колесо будет беспомощно вращаться, а опирающееся на асфальт останется неподвижным.

Стремление решить проблему привело инженеров к созданию дифференциалов двух новых видов — с принудительной блокировкой и самоблокирующихся, повышенного трения (LSD, Limited-Slip Differential). Вторая группа получила большее распространение. Такие дифференциалы работают автономно и не требуют какого-либо внешнего привода. Их устанавливают серийно на многие спортивные легковые автомобили и кроссоверы. А можно самому приобрести и установить самоблок на свою машину. Самые ходовые — червячные (винтовые) и дисковые.

Дифференциалы LSD делятся на две группы по принципу действия: срабатывающие от изменения крутящего момента и от разницы угловых скоростей. Винтовые относятся к первой, а дисковые — ко второй.

Дискотека

Вариантов конструкции дисковых самоблоков масса, но основа их едина: в обычный свободный дифференциал добавлены два пакета фрикционных дисков, которые обеспечивают блокировку узла при пробуксовке одного из ведущих колес.

Материалы по теме

Каждый пакет расположен между корпусом дифференциала и одной из полуосевых шестерён. По конструкции он напоминает фрикционные муфты в автоматических коробках. Одна часть дисков в пакете находится в зацеплении с полуосевой шестерней, а другая — с корпусом дифференциала. При обычном движении автомобиля (например, в повороте) фрикционы разжаты и самоблок никак себя не проявляет: сателлиты обеспечивают разную частоту вращения колес. Но при пробуксовке одного из колес пакеты дисков сжимаются — и полуосевые шестерни обретают прямую связь с вращающимся корпусом дифференциала.

Основное сжатие дисков происходит за счет осевого смещения шестерней полуоси. Последние являются конусными, как и шестерни сателлитов. При передаче момента через такое зубчатое зацепление кроме центробежной силы возникает и осевая. Она стремится развести шестерни. Сателлиты закреплены на своих осях и не могут смещаться. Зато на это способны их полуосевые сёстры, ведь они подвижны на шлицах приводов колес. В результате расхождения к стенкам дифференциала шестерни сжимают свои пакеты фрикционов.

В некоторых самоблоках первоначальное поджатие фрикционов обеспечивает пружина между полуосевыми шестернями. В других вместо них использованы конические пружинные кольца, которые также создают определенный преднатяг. Есть конструкции с замысловатым центральным блоком (см. схему 1), в котором ось сателлитов при смещении, к примеру, во время резкого ускорения автомобиля разжимает большие полукольца — и они сдавливают пакеты фрикционов. Это происходит в дополнение к их сжатию полуосевыми шестернями при пробуксовке колеса.

Дисковый самоблокирующийся дифференциал (схема 1): 1 — корпус дифференциала; 2 — левая полуосевая шестерня; 3 — левый пакет дисковых фрикционов; 4 — правая полуосевая шестерня; 5 — правый пакет дисковых фрикционов; 6 — ось блока сателлитов; 7 — раздвижные полукольца блока сателлитов.

Дисковый самоблокирующийся дифференциал (схема 1): 1 — корпус дифференциала; 2 — левая полуосевая шестерня; 3 — левый пакет дисковых фрикционов; 4 — правая полуосевая шестерня; 5 — правый пакет дисковых фрикционов; 6 — ось блока сателлитов; 7 — раздвижные полукольца блока сателлитов.

Червоточина

Среди червячных самоблоков наибольшую известность получил дифференциал Torsen. Его название произошло от английского термина torque sensitive, «чувствительный к крутящему моменту». Такой дифференциал первого типа (Т1) был изобретен еще в 1958 году, тем не менее возможности этой конструкции по сей день остаются непревзойденными.

От свободного дифференциала конструкция Т1 отличается очень сильно. Роль привычных сателлитов играет замысловатая червячная передача, густо «наросшая» поверх полуосевых шестерен. Благодаря особенности своей работы она способна блокировать дифференциал. Дело в том, что червячная передача необратима: перенос момента возможен только от ведущего звена (червяк) к ведомому (полуосевая шестерня). То есть при пробуксовке колеса его полуосевая шестерня не сможет провернуть червяк из-за больших сил трения.

Червячный самоблокирующийся дифференциал Torsen T1 (схема 2): 1 — корпус дифференциала; 2 — левая полуосевая шестерня; 3 — пара червячных сателлитов; 4 — правая полуосевая шестерня; 5 — ось сателлита; 6 — прямозубые шестерни взаимного зацепления сателлитов.

Червячный самоблокирующийся дифференциал Torsen T1 (схема 2): 1 — корпус дифференциала; 2 — левая полуосевая шестерня; 3 — пара червячных сателлитов; 4 — правая полуосевая шестерня; 5 — ось сателлита; 6 — прямозубые шестерни взаимного зацепления сателлитов.

В корпусе Торсена Т1 закреплено три пары поперечных червяков (сателлитов), которые соединены между собой отдельными прямозубыми шестернями, расположенными по краям их осей. Одновременно каждый парный червяк находится в зацеплении со своей полуосевой шестерней. При движении автомобиля в повороте вся эта красота работает подобно сателлитам свободного дифференциала, обеспечивая необходимую разность частот вращения колес. Но как только момент на одном из колес меняется из-за потери сцепления с дорогой, червячная передача блокируется. Причем дело даже не доходит до физической пробуксовки «слабого» колеса.

Материалы по теме

Конструкция Торсена настолько чувствительна к изменению момента на осях, что мгновенно блокирует дифференциал, позволяя реализовать крутящий момент на колесе с лучшим сцеплением.

Torsen второго типа (T2) устроен проще. Похожий принцип работы имеет самоблокирующийся дифференциал Quaife, запатентованный в 1965 году. Одна из вариаций подобной конструкции показана на схеме 3. Два ряда винтовых сателлитов расположены продольно в корпусе дифференциала. Каждый из них находится в зацеплении со своей осевой шестерней. При этом сателлиты из разных рядов также соединены попарно.

По архитектуре и принципу действия эта конструкция напоминает червячную передачу в Торсене Т1, но с продольным расположением. В зависимости от модели такого самоблока, в нем может быть от трех до пяти пар сателлитов.

При движении автомобиля в повороте продольный пакет сателлитов работает так же, как его сородичи в обычном дифференциале. При пробуксовке колеса в винтовых зацеплениях возникают осевые и радиальные силы. Они как бы распирают полуосевые шестерни и их сателлиты, прижимая их торцами к корпусу дифференциала. В отличие от схемы Т1, у Т2 червяки не закреплены на отдельных осях, а стоят в подобии колодцев. В итоге возникает целый ряд пар трения. Во‑первых, это полуосевые шестерни и стенки дифференциала, а во‑вторых — сателлиты и их колодцы. Причем червяки распирает в них так, что они контактируют со стенками в продольном и поперечном направлениях. Все эти силы трения суммарно блокируют дифференциал.

Винтовой самоблокирующийся дифференциал Torsen T2/Quaife (схема 3): 1 — корпус дифференциала; 2 — левая полуосевая шестерня; 3 — винтовой сателлит левого ряда; 4 — правая полуосевая шестерня; 5 — винтовой сателлит правого ряда; 6 — крышки корпуса дифференциала.

Винтовой самоблокирующийся дифференциал Torsen T2/Quaife (схема 3): 1 — корпус дифференциала; 2 — левая полуосевая шестерня; 3 — винтовой сателлит левого ряда; 4 — правая полуосевая шестерня; 5 — винтовой сателлит правого ряда; 6 — крышки корпуса дифференциала.

На своем месте

Материалы по теме

Если конкретная модель автомобиля обделена дифференциалом повышенного трения (LSD), а владелец хочет его заполучить, чтобы увереннее чувствовать себя на бездорожье или получать больше удовольствия от езды по гоночному треку, есть несколько путей решения проблемы.

Подбор самоблока зависит от режима эксплуатации машины. Если это обычная повсе­дневная езда и любительские соревнования в различных дисциплинах, то первым делом нужно изучить все существующие модификации автомобиля. Возможно, что некоторые версии получают LSD на заводском конвейере, но не поставляются на наш рынок. В этом случае можно заказать самоблок по каталогу или поискать бывший в употреблении. Лучше брать новый: это дороже, но будет уверенность, что он встанет на автомобиль как родной.

Еще важнее другое: производитель тестировал машину с таким дифференциалом, подбирал его вид (дисковый или винтовой) и характеристики, чтобы по-настоящему раскрыть потенциал машины.

Случаются парадоксы: достоинство узла в определенных условиях становится его недостатком

Если заводского варианта нет, то предпочтительнее взять винтовой дифференциал типа Torsen T2/Quaife. Он проще и значительно дешевле версии T1, но при этом не сильно отстает по характеристикам. Аналогичные дифференциалы предлагает масса других производителей. Среди достоинств такого самоблока — быстрое, но мягкое и прогнозируемое срабатывание, широкий диапазон изменения момента на колесах, внушительный ресурс и надежность. При подборе дифференциала рекомендуется ограничиться преднатягом до 7 кг. Иначе его ресурс будет заметно ниже из-за повышенного износа внутренних элементов — без получения заметных ездовых дивидендов.

Если же нужна подготовка под професси­ональный уровень соревнований на бездорожье и треке, лучше выбрать дисковый самоблок. Рынок предлагает много подобных узлов. Частенько такие самоблоки имеют преднатяг от 10 кг. Благодаря этому они отлично работают в условиях соревнований — но при этом крайне непрактичны в повседневной езде, так как блокируются слишком рано и жестко. Дисковые дифференциалы проще переваривают высокую степень преднатяга, однако она достаточно быстро проседает. Для ее восстановления потребуется снятие и полная разборка узла.

КЛАССОВОЕ ДЕЛЕНИЕ Коэффициент блокировки (КБ) — одна из двух основных характеристик самоблокирующегося дифференциала. КБ характеризует соотношение моментов на отстающем колесе (имеет хорошее сцепление с дорогой) и на забегающем (потеряло сцепление). Для свободного межколесного дифференциала он равен единице — дифференциал всегда делит крутящий момент между осями поровну. Для самоблоков КБ обычно составляет от 1 до 5. То есть при наивысшем коэффициенте такой дифференциал может реализовать на отстающем колесе в пять раз больше крутящего момента, чем на забегающем. Некоторые производители указывают КБ в процентах. Если конкретный дифференциал имеет коэффициент 30%, то он может передать максимум 65% момента на колесо с лучшим сцеплением (стандартные 50% плюс 30% от оставшейся половины, то есть еще 15%). Если КБ равен 70%, то этому колесу достанется до 85% усилия (50% + 35%). КБ зависит от конструктивных особенностей дифференциала. Для червячных (винтовых) узлов это в первую очередь угол нарезки зубьев на шестернях, а для дисковых — конфигурация фрикционов. Другая важная характеристика дифференциала — преднатяг. Чем он больше, тем значительнее первоначальный момент внутреннего трения в узле. В основном он зависит от тех же особенностей, что и КБ. Однако современные самоблоки всё чаще имеют в своей схеме регулировочные шайбы. Они стоят между полуосевыми шестернями и дополнительно их распирают, увеличивая преднатяг, который можно подгонять под любые условия эксплуатации. Дополнительный плюс конструкции с шайбами — возможность продлить жизнь дифференциала. Со временем неизбежен износ зубьев червяков и фрикционных дисков, который снижает преднатяг и эффективность работы узла. Замена пружинных конических шайб, которые тоже ослабевают, вновь взбодрит самоблок, если подобрать необходимое количество шайб и их толщину. Важно учитывать, что увеличенный преднатяг всегда повышает нагрузку на любой дифференциал, что неизбежно усиливает его износ и сокращает ресурс.

Благодарим за помощь в подготовке материала «КПП Сервис» (www.vaz08–15.ru).

Самоблоки: все, что вам нужно знать

Изучаем конструкцию основных типов самоблокирующихся дифференциалов. Какой самоблок (если он, конечно, не установлен на заводе) подойдет для вашего автомобиля?

Самоблоки: все, что вам нужно знать

Фото: компании-производители

Самоблокирующийся дифференциал — принцип работы (видео)

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

 

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

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

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

Принцип работы самоблокирующегося дифференциала

В процессе езды наблюдается сразу три режима работы дифференциала:

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

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

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

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

Блокировка дифференциала

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

Самоблокирующийся дифференциал (автоматическая блокировка). Виды самоблокирующихся дифференциалов.

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

1. Появилась разница угловых скоростей колес.

2. Появилось разные крутящие моменты.

На основе этих условий самоблокировка дифференциала подразделяется на два вида:

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

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

Плюсы и минусы самоблокировки

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

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

Видео — Дифференциал червячного типа

Как работает самоблокирующийся дифференциал и как он влияет на управляемость автомобиля

Самоблокирующийся дифференциал: история, технические данные, видео

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

 

Смотрите также: Как работают разные типы дифференциалов

 

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

 

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

 

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

 

История появления самоблокирующегося дифференциала

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

 

Как работает самоблокирующийся дифференциал?

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

 

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

 

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

 

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

 

Есть у самоблокирующихся дифференциалов и свои недостатки

 

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

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

 

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

 

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

Самоблокирующийся дифференциал — теория. Рассмотрим как работают самоблокирующиеся дифференциалы разных конструкций

При движении автомобиля на повороте, по неровностям дороги и т.д. колеса проходят путь разной длины (рис. 1). Чтобы не происходило проскальзывания шин по асфальту, они должны вращаться с разными скоростями.

Колеса ведомой оси вращаются независимо друг от друга, поэтому катятся без пробуксовки.

Дифференциал – механизм, позволяющий колесам ведущей оси вращаться с разными скоростями и подводящий к ним крутящий момент. В трансмиссии автомобилей с одной ведущей осью дифференциал устанавливается между приводами колес (полуосями, ШРУСами и т.д.), поэтому его называют межколесным. В полноприводных автомобилях (со всеми ведущими колесами) он может находиться и между ведущими осями (межосевой дифференциал). Крутящий момент к дифференциалу подводиться от двигателя через агрегаты трансмиссии (коробку передач, карданный вал, главную передачу и т. д.)

Крутящий момент – характеристика вращательного движения. Его величина равна произведению силы на плечо (расстояние от точки приложения силы до оси вращения) и измеряется в Нм (ньютон на метр). Например, если двигатель развивает крутящий момент 100Нм, значит, сила на плече в 1м будет составлять 100Н.

Сила сцепления – колеса с дорогой равна произведению весовой нагрузки на колесо (которую колесо передает на дорогу) на коэффициент сцепления.

Сила тяги на колесе (рис. 2) зависит от радиуса колеса и подводимого к нему крутящего момента. Она ограничивается силой сцепления с дорогой, то есть не может больше нее. Произведения силы тяги на радиус колеса дает тот крутящий момент, который дифференциал может передать на колеса. Когда сцепление с дорогой мало (например, на гладком льду) или колесо вывешено (отсутствует весовая нагрузка), крутящий момент и силы тяги на колесе очень малы или отсутствуют. Если «тяга» меньше сопротивления движению, автомобиль не сможет тронуться с места.

На легковых автомобилях, предназначенных для движения по дорогам с твердым покрытием (асфальтом, бетоном), наибольшее распространение получил дифференциал с коническими шестернями.

Дифференциалы с коническими шестернями.

Представляют собой зубчатую передачу с подвижными осями зубчатых колес (такие передачи называют планетарными). Её основными элементами являются (рис. 3):

• корпус, с которым жестко соединено ведомое зубчатое колесо главной передачи (передающей крутящий момент от карданного вала на корпус дифференциала). На легковых автомобилях, как правило, корпус имеет неразъемную конструкцию и окна для монтажа шестерен;
• сателлиты – конические зубчатые колеса, которые могут поворачиваться вокруг оси. В дифференциалах легковых автомобилей обычно устанавливаются два сателлита;
• ось сателлитов, жестко закрепленная в корпусе и вращающаяся вместе с ним. На ней расположены спиральные канавки для улучшения смазки сателлитов;
• две конические шестерни, входящие в зацепление с сателлитами и жестко соединенные с выходными валами дифференциала (полуосями, ШРУСами и т. д.). Эти шестерни принято называть полуосевыми.

При движении автомобиля ведомая шестерня главной передачи вращает корпус дифференциала и, соответственно, ось с сателлитами, которые передают движение полуосевым шестерням, а они, в свою очередь, на колеса.

На прямой и ровном отрезке пути (рис. 4) колеса проходят одинаковое расстояние, поэтому полуосевые шестерни и корпус дифференциала, а также ось сателлитов вращаются с одинаковой скоростью. Последние не поворачиваются относительно своей оси.

Когда автомобиль совершает поворот, внутреннее (расположенное ближе к центру поворота) колесо начинает вращаться медленнее (поэтому его называют отстающим). Соответственно, соединенная с ним полуосевая шестерня совершает меньше оборотов в минуту, чем корпус дифференциала и ось сателлитов. Это вынуждает их поворачиваться вокруг оси и увеличивать скорость вращения второй шестерни и наружнего (забегающего) колеса. Так обеспечивается разное число оборотов шин, необходимое для движения без пробуксовки.

Этот вид дифференциалов называют также симметричным, так как они поровну распределяют крутящий момент между колесами. Это происходит потому, что сателлит работает как равноплечий рычаг и передают только равные усилия к шестерням и колесам. Как сказано выше, если одно из колес имеет малое сцепление с дорогой, крутящий момент на нем небольшой, соответственно симметричный дифференциал подводит такое же усилие к другому колесу. То есть если одно из колес буксует, значит, сила тяги на втором колесе незначительна, что отрицательно сказывается на проходимости. Для ее улучшения на автомобилях применяют полную или частичную блокировку дифференциалов, степень которой оценивают коэффициентом блокировки.

Коэффициент блокировки.

Коэффициент блокировки (Кb) – это отношение крутящего момента на отстающем колесе к моменту на забегающем. Его величина для симметричного дифференциала равна 1 (моменты на обоих колесах равны), для дифференциалов повышенного трения (см. ниже) Кb = 3..5.

Чем больше Кb, тем лучше проходимость автомобиля. Например, при большом коэффициенте блокировки ухудшаются управляемость и устойчивость транспортного средства при движении по асфальту. Это связано с тем, что на отстающем колесе момент в несколько раз больше и оно старается как бы «вытолкнуть» автомобиль из поворота. К тому же возрастает износ шин из-за частичной пробуксовки, нагрузки на элементы привода, снижается КПД, что приводит к увеличению расхода топлива.

Самоблокирующиеся дифференциалы с полной блокировкой.

Имеют муфту, жестко соединяющую (блокирующую) корпус дифференциала и шестерню выходного вала. Привод муфты может быть механическим, гидравлический или пневматический, а управление блокировкой осуществляется водителем (блокировка межосевого дифференциала на ВАЗ-21213). После преодоления труднопроходимого участка водителю необходимо сразу отключать блокировку, что требует от него дополнительного внимания. Иначе на шины и трансмиссию будут действовать избыточные нагрузки, а автомобиль будет хуже управляем.

У механизмов повышенного трения – многодисковых дифференциалов, вискомуфт, самоблокирующихся дифференциалов «Квайф» и «Торсен» блокировка (частичная) осуществляется автоматически, без участия водителя.

Самоблокирующиеся многодисковые дифференциалы.

Устройство одного из таких механизмов представлено на рис. 5. Его основное отличие от симметричного дифференциала заключается в наличии подпружиненного пакета фрикционных дисков, одна из которых жестко связана с корпусом, а другая с полуосевыми шестернями.

При разных оборотах колес полуосевые шестерни дифференциала вращаются быстрее или медленнее корпуса. За счет это между фрикционными дисками возникают силы трения, препятствующие свободному вращению шестерен,то есть осуществляющие частичную блокировку. Соответственно на отстающем колесе увеличивается крутящий момент и сила тяги.

Фрикционные диски в некоторых конструкциях не подпружинены, а сжимаются давлением жидкости, создаваемым насосом. Например, одна из таких конструкций носит название «героторный дифференциал» (от англ. Gear — шестерня). Он имеет шестерёнчатый насос, создающий давление жидкости при разных скоростях вращения полуосевых шестерен корпуса.

 

Вискомуфта.

Получила свое название от лат. viscosus — вязкий. Ее основными элементами являются (рис.6):

• корпус и вал, герметизированные с помощью уплотнений
• диски, одна половина которых соединена шлицами с корпусом, другая с валом. Диски имеет каналы и отверстия для увеличения вязкости трения жидкости
• силиконовая (кремнийорганическая) жидкость, которая обладает высокой вязкостью и заполняет корпус на 80-90%

Вискомуфта передает подводимый к ней крутящий момента за счет внутреннего трения в жидкости, находящейся между дисками. Когда их скорости одинаковы, муфта передает небольшую часть усилия (5..7%). При отставании ведомых дисков от ведущих жидкость перемешивается, температура и вязкость ее растут, она расширяется сжимает воздух. Когда он почти полностью сжат, давление в муфте резко возрастает, что вызывает осевое перемещение дисков по шлицам до их механического контакта. Это приводит к резкому возрастанию передаваемого момента(«хамп-эффект»), что может отрицательно сказаться на управляемости автомобиля. В результате вращения передается за счет механического трения, температура и соответственно давление жидкости постепенно снижаются, диски выходят из механического контакта.

Передаваемый момент зависит от характеристик муфты и от разности скоростей вращения ее валов.

Вискомуфта может устанавливаться как самостоятельный узел между ведущими осями или «встраиваться» в конический дифференциал.

Этот узел не пригоден к ремонту, так как количество и вязкость жидкости определяют характеристики вискомуфты и строго контролируются при ее изготовлении. При утечке части жидкости муфта подлежит замене.

Самоблокирующийся дифференциал «Квайф».

Конструкция механизма, зарегистрированного под торговой маркой «Квайф» («Quaife»), представлена на рис. 7. Сателиты у него расположены в два ряда параллельно оси вращения корпуса. Причем они крепятся не на осях, а находятся в закрытых с обоих концов отверстиях корпуса. Правый ряд сателлитов входит в зацепление с правой полуосевой шестерней, левый – с левой. Кроме того, сателлиты из разных рядов зацепляются между собой попарно. Все зубчатые колеса имеет винтовые зубья.

Когда одно из колес начинает отставать, связанная с ним полуосевая шестерня начинает вращаться медленнее корпуса и поворачивать входящий с ней в зацепление сателлит. Он передает движение связанному с ним сателлиту из другого ряда. а тот, в свою очередь, на полуосевую шестерню. Так обеспечиваются разные обороты колес на повороте. Благодаря разности крутящих моментов на колесах в винтовом зацеплении возникают осевые и радиальные силы, прижимающие полуосевые шестерни и сателлиты торцами к корпусу. Последние также прижимаются вершинами зубьев к поверхности отверстий, в которых они расположены. За счет этого возникают силы, осуществляющие частичную блокировку, что увеличивает силу тяги на отстающем колесе и, соответственно, суммарную силу тяги автомобиля, повышая его проходимость.

Величина коэффициента блокировки зависит от угла наклона зубьев сателлитов и полуосевых шестерен. Устанавливая в корпус комплекты сателлитов и шестерен с различным углом наклона зубьев, изменяют коэффициент блокировки в зависимости от характеристик автомобиля и условий его применения.

Самоблокирующийся дифференциал «Торсен».

Получили свое название от англ. Torque – крутящий момент и sensing – чувствительный, то есть чувствительный к крутящему моменту. Механизмы, выпускаемые под этой торговой маркой, имеют два типа конструкций.

Первый представлен на рис.8. Сателлиты расположенные корпусе перпендикулярно его оси и объединены между собой попарно с помощью прямозубого зацепления, а с полуосевыми шестернями связаны червячным зацеплением.

На повороте полуосевая шестерня, связанная с отстающим колесом, поворачивает входящий с ней в зацепление сателлит, он, в свою очередь, вращает второй сателлит и другую полуосевую шестерню. Такой «цепочкой» колесам автомобиля обеспечивается возможность вращаться с разной скоростью. Силы трения, возникающие в червячном зацеплении от разности моментов на колесах, осуществляют частичную блокировку дифференциала.

Применение комплектов сателлитов и шестерен с различным профилем червячного зацепления дает возможность изменять коэффициент блокировки. Недостаток этого вариант – сложность конструкции и ее сборки.

Второй тип «Торсена» представлен на рис.9. Сателлиты расположены параллельно оси корпуса дифференциала в его отверстиях и соединены попарно между собой и с полуосевыми шестернями винтовым зацеплением. Работа механизма на поворотах и частичная блокировка осуществляются так же, как у «Квайфа». Этот вариант конструкции менее сложный, кроме того позволяет уменьшить диаметр корпуса дифференциала.

Червячные самоблокирующиеся дифференциалы

Червячный самоблокирующийся дифференциал

Червячный самоблокирующийся дифференциал обеспечивает автоматическую блокировку в зависимости от разности крутящих моментов на корпусе и полуоси (приводном вале). При проскальзывании колеса, сопровождаемом падением крутящего момента, червячный дифференциал блокируется и перераспределяет крутящий момент на свободное колесо. Блокировка при этом частичная, а ее степень зависит от величины падения крутящего момента.

Известными конструкциями червячных дифференциалов являются дифференциал Torsen (от сокращенного Torque Sensing — чувствительный к крутящему моменту) и дифференциал Quaife. Конструкции данных дифференциалов представляют собой планетарный редуктор, состоящий из червячных шестерен: ведомых (полуосевых) и ведущих (сателлитов). Сателлиты могут располагаться параллельно полуосям (Quaife, Torsen Т-2) или перпендикулярно полуосям (Torsen Т-1).

Особенностью червячной шестерни является то, что она может приводить во вращение другие шестерни, а сама не может вращаться от других шестерен. При этом говорят, червячная шестерня расклинивается. Данное свойство используется для частичной блокировки червячного дифференциала.

Червячные самоблокирующиеся дифференциалы широко применяются как в качестве межколесных, так и межосевых дифференциалов.

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

Самоблокирующийся червячный дифференциал типа «Квайф»

Автором этой конструкции является англичанин Rod Quaife. В данном случае, оси сателлитов параллельны полуосям. Сателлиты расположены в своеобразных карманах чашки дифференциала. При этом парные сателлиты имеют не прямозубое зацепление, а образуют между собой еще одну гипоидную пару, которая расклиниваясь, так же участвует в процессе блокировки.
Принцип работы самоблокирующегося дифференциала

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

Плюсы:
+ блокировка колес вплоть до 70%
+ не ощущается на руле никаких рывков
+ не требуется заливать спец масло в КПП
+ практически не требует обслуживания
+ при установке не возникает никаких проблем
+ практически неограниченный срок службы
+ высокая проходимость
+ застрять довольно сложно
+ отличная управляемость
+ увеличение скорости прохождения поворотов
+ значительно легче вывести автомобиль из заноса
+ появляется чувство равновесия

Минусы
— в ходе эксплуатации падает преднатяг
(чтобы восстановить преднатяг необходимо менять регулировочные шайбы)
— рекомендуется менять регулировочные шайбы в районе 20-40тыс.км в зависимости от манеры езды.
— в случае не соблюдения регламентных работ система будет работать, как обычный дифференциал.

«Самоблокируемый червячный дифференциал (самоблок, блокировка дифференциала повышенного трения) — устройство, которое позволяет частично компенсировать главный недостаток свободного дифференциала, а именно его полную беспомощность при наезде одного колеса на скользкое покрытие. Существует два типа самоблокирующихся дифференциалов (отличаются по принципу работы):
1. speed sensitive — самоблокирующийся дифференциал, срабатывающий от разницы угловых скоростей вращения полуосей
2. torque sensitive — самоблокирующийся дифференциал, срабатывающий от разницы передаваемого на полуоси крутящего момента Самоблокируемый червячный дифференциал (самоблок, блокировка) устанавливается вместо классического неблокирующегося дифференциала, имеющегося на всех колесных транспортных средствах.
Самоблокируемый червячный дифференциал (самоблок, блокировка) не содержит в своей конструкции электронных компонентов, датчиков, пневматики, гидравлики или дистанционной механики. Автоматическая работа самоблокирующегося дифференциала не возлагает на водителя дополнительных действий по управлению и обслуживанию транспортного средства.
Самоблокирующийся дифференциал — один из способов блокировки дифференциала. Автором данной конструкции является англичанин Rod Quaife. Сателлиты у такого дифференциала расположены в два ряда параллельно оси вращения корпуса. Причем они крепятся не на осях, а находятся в закрытых с обоих концов отверстиях корпуса. Правый ряд сателлитов входит в зацепление с правой полуосевой шестерней, левый ряд, соответственно, с левой. Кроме того, сателлиты из разных рядов зацепляются между собой попарно. Все зубчатые колеса имеет винтовые зубья.
Аналогичные дифференциалы повышенного трения производятся в России для отечественных автомобилей ВАЗ, НИВА, ШевиНИВА, УАЗ. Основные достоинства самоблокирующихся дифференциалов типа «Квайф» (Quaife).
Самоблокирующийся дифференциал позволяет частично устранить пробуксовку при разных коэффициентах сцепления колес автомобиля.
Самоблокирующийся дифференциал повышает проходимость автомобиля и его управляемость при движении по дорогам с разным покрытием.
Самоблокирующийся дифференциал улучшает динамику разгона автомобиля на дорогах с любым покрытием.
Самоблокирующийся дифференциал не требует дополнительных усилий от водителя (включение самоблока происходит автоматически).
Самоблокирующийся дифференциал взаимозаменяем со стандартными дифференциалами.
Полной блокировки не наступает (нагрузки на полуоси (привода) не такие критичные, как у 100% блокировки, что исключает их поломку)
Разблокируется при сбросе газа.»

Присутствие блокировки позволяет проходить повороты на большой скорости. Когда вы входите в поворот на пределе возможностей резины, разгружается или даже вывешивается колесо, находящееся внутри поворота. В этой ситуации на обычной машине начинает работать дифференциал, и скорость резко падает, поскольку вывешенное колесо получает момент и крутится, а загруженное наружное колесо лишается крутящего момента. На автомобиле с блокировкой дифференциала, даже если полностью вывешено одно из колес, другое колесо не теряет крутящего момента. По мнению профессиональных спортсменов, наличие самоблокировки дифференциала позволяет лучше чувствовать автомобиль и дорогу на прямых участках.

Винтовая, или «червячная» блокировка мостов

В обычном режиме винты («червяки» — из-за формы винтов) 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. Как и дисковые винтовые блокировки обладают возможностями преднатяга.

Винтовые блокировки наиболее пригодны для использования на обычном автомобиле. Из производящихся в России они наиболее долговечны и просты в эксплуатации. Все их элементы износоустойчивы (ресурс винтовой блокировки порой превышает ресурс коробки передач, не говоря уже о ресурсе редуктора моста).

Установка СБД относится к сфере «глубокого» тюнинга. Так называют мероприятия, проводимые в том случае, когда клиент хочет, чтобы машина не столько выглядела оригинально, сколько ехала лучше, чем ей подобные. Такие услуги оказывают исключительно в профессиональных тюнинговых центрах. Рядовому автолюбителю специалисты рекомендуют установить винтовую блокировку. Она надежна (сопоставима по ресурсу с коробкой передач), имеет наиболее сглаженные моменты включения-выключения и широкие возможности по блокировке.

Самоблокирующиеся дифференциалы «Квайф»

Сателлиты данного механизма расположены в два ряда параллельно оси вращения корпуса, причем крепятся не на осях, а находятся в закрытых с торцов отверстиях корпуса.

Правый ряд сателлитов входит в зацепление с правой полуосевой шестерней, левый — соответственно с левой.

Кроме того, сателлиты из разных рядов зацепляются между собой попарно.

Когда одно из колес начинает отставать, связанная с ним полуосевая шестерня вращается медленнее корпуса и поворачивается входящей с ней в зацепление сателлит.

Он передает движение связанному с ним сателлиту из другого ряда, а тот, в свою очередь, — на полуосевую шестерню.

Так обеспечиваются разные угловые скорости колес в повороте.

Благодаря разности крутящих моментов на колесах в винтовом зацеплении возникают осевые и радиальные силы, прижимающие полуосевые шестерни и сателлиты торцами к корпусу. Последние также прижимаются вершинами зубьев к поверхности отверстий, в которых они расположены. За счет этого и возникают силы, осуществляющие частичную блокировку. Величина коэффициента блокировки зависит от угла наклона зубьев сателлитов и шестерен. Устанавливая в корпус комплекты сателлитов и шестерен с различным углом наклона зубьев, можно изменять коэффициент блокировки

Самоблокирующиеся дифференциалы «Торсен»

Получили свое название от англ. torque- «крутящий момент» и sensing — «чувствительный». Под этой маркой выпускаются два типа конструкций.

В первом сателлиты расположены в корпусе перпендикулярно его оси и объединены между собой с помощью прямозубого зацепления, а с полуосевыми шестернями связаны червячным зацеплением. В повороте полуосевая шестерня, связанная с отстающим колесом, поворачивает входящий с ней в зацепление сателлит, а он, в свою очередь, вращает второй сателлит и полуосевую шестерню.

Эта «цепочка» позволяет колесам вращаться с разной скоростью.

Силы трения, возникающие в червячном зацеплении от разности моментов на колеса, и осуществляют частичную блокировку дифференциала.

Применение комплектов сателлитов и шестерен с различным профилем червячного зацепления дает возможность изменять коэффициент блокировки.

Второй тип «Торсена» отличается тем, что в нем сателлиты расположены параллельно оси корпуса дифференциала в отверстиях и соединены попарно между собой и полуосевыми шестернями винтовым зацеплением.

Работа механизма на поворотах и частичная блокировка осуществляется так же, как у «Квайфа». Этот вариант конструкции менее сложен, кроме того, позволяет уменьшить диаметр корпуса дифференциала.

Принцип работы дифференциала и его устройство

Автоликбез28 января 2018

Крутящий момент, создаваемый двигателем внутреннего сгорания, передается колесам с помощью различных механизмов – валов, шлицевых и шестеренчатых передач, дифференциалов. Последние вызывают наибольший интерес у любителей экстремальной езды по бездорожью, поскольку принимают участие в распределении мощности. Многие автолюбители слабо представляют работу данного узла, поэтому стоит рассмотреть вопрос, что такое дифференциал в автомобиле, объяснить его устройство и принцип действия.

Назначение механизма

Чтобы понять роль дифференциала, применяющегося в транспортных средствах всех типов, нужно рассмотреть конструкцию обычного планетарного редуктора, передающего усилие от карданного вала двум полуосям. Алгоритм работы агрегата прост:

1. Кардан вращает хвостовик с косозубой шестеренкой на конце.
2. От хвостовика крутится большая планетарная шестерня, соединенная с двумя полуосями.
3. Крутящий момент передается от планетарной шестерни полуосям и закрепленным на концах колесам.

Без дифференциала редуктор поровну распределяет крутящий момент на 2 оси, в результате колеса вертятся с одинаковой скоростью. Такое разделение вполне годится для прямолинейного движения, которое в реальности встречается довольно редко – даже при езде по ровным участкам трассы автомобиль отклоняется от прямой линии.

Чтобы машина идеально прошла поворот, колеса одного моста должны вращаться с разными скоростями, поскольку внешнее катится по более широкой дуге. Простой редуктор, обеспечивающий одинаковое вращение обеих полуосей, на повороте заставит одну шину скользить, вторую – буксовать, что заметно ухудшает маневренность авто.

Справка. Проблема весьма актуальна для внедорожников с постоянным полным приводом. В данном случае крутящий момент делится не только между колесами, но и между осями, вращающими редукторы переднего и заднего моста.

Совмещенный с планетарным редуктором дифференциал нужен для изменения угловых скоростей правого и левого колеса в зависимости от крутизны поворота. Механизм автоматически распределяет крутящий момент на полуоси, позволяя колесным покрышкам совершать разное число оборотов при движении автомобиля по дуге. Без дифференциала нормальная эксплуатация транспортного средства невозможна по таким причинам:

• недостаточная управляемость;
• быстрое истирание шин;
• ускоренный износ деталей редуктора, валов и полуосей.

Как работает свободный дифференциал?

Механизмами данного типа оснащается подавляющее большинство машин с приводом на переднюю либо заднюю ось. В первом случае узел размещается внутри коробки передач, во втором является частью планетарного редуктора заднего моста.

Конструкция планетарной передачи подразумевает использование шестеренок конической формы. Существуют и другие разновидности автомобильных редукторов – цилиндрические, конусно-цилиндрические и червячные.

Устройство дифференциала свободного типа предусматривает совмещение с главной передачей. Механизм заднего моста включает следующие детали:

• хвостовик с конической ведущей шестерней, соединенный с карданным валом;
• ведомая планетарная шестеренка;
• корпус ведомой шестерни оборудован двумя проушинами, куда вставляются оси сателлитов;
• сателлитные шестеренки конической формы;
• ведомые шестерни полуосей;
• подшипники;
• корпус редуктора.

В легковых авто устанавливается 2 сателлита, на грузовиках – четыре.

Изучить принцип работы свободного дифференциала предлагается на примере:

1. Пока машина едет прямо, колеса крутятся с одинаковой скоростью. Хвостовик вращает «планетарку» вместе с закрепленными на ней сателлитами, причем последние остаются неподвижными и передают равный крутящий момент обеим осям за счет давления на зубья.
2. Автомобиль входит в поворот. Крутящиеся вместе с большой шестерней сателлиты начинают вращаться вокруг собственной оси, причем в разные стороны.
3. Мощность на валу делится не пополам, а в зависимости от крутизны дуги. Благодаря комбинированному вращению сателлитов полуоси и колеса совершают разное число оборотов, машина успешно преодолевает поворот без проскальзывания и пробуксовки резины.

Дифференциал получил название свободного, поскольку передает больший крутящий момент на колесо, которое вращается легче. Понятно, что на повороте шина внутри дуги сопротивляется вращению, поэтому дифференциал отдает больше мощности другой оси – противоположное колесо крутится быстрее.

Примечание. Полноприводные авто и внедорожники оснащаются тремя дифференциальными разделителями мощности – межосевым (ставится в раздаточной коробке) и двумя межколесными.

Свободный механизм решает главную проблему, но создает побочную. Когда одна покрышка начинает контактировать со скользким покрытием – льдом, укатанным снегом, грязью, начинается пробуксовка. Причина – дифференциальный механизм, отдающий максимум мощности в сторону наименьшего сопротивления. Для предотвращения подобных ситуаций на многих автомобилях задействована временная блокировка дифференциала.

Разновидности механизмов

Чтобы избавиться от пробуксовок на скользком дорожном покрытии либо в условиях бездорожья, производители комплектуют транспортные средства дифференциальными устройствами следующих конструкций:

• механизм свободного типа с принудительной блокировкой от привода;
• частично блокирующийся дифференциал повышенного сопротивления;
• самоблокирующаяся червячная передача типа Torsen.

В первом варианте применяется рассмотренный выше шестеренчатый узел, дополнительно оснащенный блокировочным устройством. Система функционирует просто: в случае необходимости водитель активирует привод, фиксирующий сателлиты в неподвижном состоянии. Крутящий момент начинает делиться ровно пополам, оси вращаются с одинаковой скоростью и транспортное средство успешно преодолевает проблемное место.

Принудительная блокировка межосевого дифференциала включается с помощью различных приводов:

• механический – от рычага раздаточной коробки;
• электрический;
• пневматический;
• гидравлический.

Аналогичные приводные элементы применяются для остановки и удержания сателлитов переднего либо заднего моста.

Автомобили дорогой комплектации производители оснащают антипробуксовочной системой. Она «обманывает» дифференциальное устройство другим способом: по сигналу датчика, фиксирующего быстрое вращение одного колеса, электроника отдает команду его притормозить. Тогда сателлитные шестеренки начинают передавать больше мощности на другую ось и авто прекращает «грестись» на месте.

Устройство повышенного сопротивления

Помимо сателлитов, ведущих и ведомых шестерен, дифференциал повышенного трения включает такие элементы:

• корпус, жестко прикрепленный к планетарной шестеренке;
• пакет фрикционных дисков, установленных на каждой полуоси;
• стальные диски, чьи выступы зафиксированы в корпусе;
• распорная пружина, вставленная между коническими шестернями полуосей.

Стальные и фрикционные диски (похожие применяются в сцеплении) установлены поочередно, первые вращаются вместе с корпусом, вторые – с осями. Конусообразная шестеренка надета на шлицы оси и способна смещаться на определенное расстояние. Пружина поддавливает 2 противоположных осевых шестерни.

Частичная блокировка дифференциала происходит следующим образом:

1. На прямолинейном сухом участке дороги сателлиты неподвижны, а диски вращаются друг относительно друга.
2. При попадании одной шины на скользкий участок начинается пробуксовка. Благодаря конусной форме зубьев шестеренки со стороны остановившегося колеса начнут взаимно отталкиваться.
3. Шестерня полуоси сдвинется и сожмет пакет дисков. Возникнет сила трения, заставляющая ось вращаться вместе с корпусом напрямую от «планетарки» в обход сателлитов.

Подобное устройство самостоятельно регулирует степень блокировки – чем медленнее крутится покрышка с хорошим сцеплением, тем сильнее сжимаются диски и подается больше крутящего момента.

Самоблокирующиеся передачи Torsen

Принцип работы данных механизмов базируется на одной особенности червячной пары: шестеренка способна передавать вращение сателлиту, но обратное действие невозможно. Все шестерни, включая сателлитные, сделаны в виде цилиндров с косыми дугообразными зубьями. Всего в механизме применяется 3 пары червячных сателлитов, установленных вокруг шестеренок полуосей.

Самоблокирующийся дифференциал работает так:

1. Во время прямолинейного движения червячные сателлиты ведут себя аналогично конусным – не крутятся сами, но вращают оси от главной передачи.
2. На повороте число оборотов одной полуоси вырастет и она придаст вращение парам сателлитов – мощность начнет распределяться по-разному.
3. Поскольку каждая пара сателлитов связана между собой прямозубой передачей, пробуксовка одного колеса исключается. Ось способна крутить свой сателлит, тот вращает соседний, который уже не может поворачивать вторую полуось. Механизм блокируется автоматически.

Устройство Torsen – самое надежное и передовое, но слишком дорогое, поэтому ставится на машины максимальной комплектации. В остальных применяются более доступные механизмы повышенного трения.

В среде любителей экстремальной езды по бездорожью известен простейший способ избежать пробуксовок – блокировка заднего дифференциала с помощью сварки. Сателлиты намертво привариваются к осям и всегда находятся в неподвижном состоянии. Правда, подобные автомобили предназначены только для езды по грунту и снегу – эксплуатировать их на твердом покрытии чересчур неудобно и дорого.

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.

типов дифференциалов и принцип их работы

Как и большинство современных автомобилей, простая передача, известная как дифференциал, подвергалась постоянным усовершенствованиям и экспериментам, что привело к появлению целого ряда типов, каждый со своими достоинствами и недостатками.

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 1^-м -м тысячелетии 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, повышением износа и повреждением 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 дополнительно 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 выше, 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 заключается в том, что он может получить значительно большее тяговое усилие, чем открытый дифференциал .Поскольку крутящий момент не разделен 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 высвободить — 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, удерживаемую на каждом конце, а затем скручивающую трубку в противоположных направлениях до такой степени, что трубка не могла больше выдерживать силу, складывалась и рвалась — 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 видеть нажимные кольца (также срезанные), окружающие центральные шестерни, которые при вращении раздвигаются центральными штифтами шестерни, 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.

LSD с механическим сцеплением 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 мощности 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 Двусторонний LSD делает шаг вперед и оказывает давление на диски сцепления также 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 технического 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 передачи находятся в постоянном зацеплении друг с другом через соединенные прямозубые цилиндрические шестерни.

_{На первом и втором изображениях показаны три пары червячных шестерен, находящихся в зацеплении 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 снимает 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 нравится водителям ралли, чьи автомобили выдерживают быстро меняющиеся условия движения и нуждаются в системе, которая может не отставать от их непрерывных настроек 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.

Активируя сцепление, противоположное тому, что обычно включает LSD с чисто механическим приводом, вы можете использовать этот эффект для помощи в 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 колеса 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 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 для прохождения поворотов на высокой скорости.

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 в случае с любыми другими автомобильными технологиями, 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

Самоблокирующийся дифференциал 1

ЯзыкиНемецкий-АнглийскийАнглийский-НемецкийИспанский-Немецкий

Самоблокирующийся дифференциал 1 Их можно получить без постороннего влияния или с большим количеством электроники или гидравлики.Все самоблокирующиеся дифференциалы объединяет одно или два многодисковых сцепления. с обеих сторон шестерни полуоси. Базовая конструкция уже очень старая, поэтому она хорошо зарекомендовала себя. При необходимости, дисковый пакет в масле создает достаточное трение для удержания двух приводных поверхностей вместе с усилием прибл. От 25 до 70 процентов. Если возникают проблемы с тягой, например, между двумя сторонами ведомой оси, больший крутящий момент распределяется на колесо с лучшим сцеплением. Конечно, это касается не только дифференциалов между двумя колесами (поперечные), но и дифференциалов между двумя осями (продольных). Первоначально самоблокировка происходила механически, таким образом, когда через При натяжении различающихся скоростей колес две половины разделенного корпуса для смещенных конических зубчатых колес раздвигаются, затем приводится в действие сцепление. (см. рисунок 3). Даже во времена VW-Beetle этот тип блокировки дифференциала можно было заказать.Установленный непосредственно на заводе, он действительно работал хорошо, но с увеличением пробега терял часть своей эффективности. В настоящее время подобное решение больше не будет приемлемым. Тем не менее, как вы можете видеть на картинке выше, механика перенесена в наши дни. Итак, остались два многодисковых сцепления. Однако теперь они, когда это необходимо, управляются гидравлическим давлением. Конечно, за принятие решения отвечает большая часть электроники.Прежде всего, Есть колесные датчики, которые вызывают систему. Для этого необходимо создать достаточное гидравлическое давление с помощью подходящего насоса. Было бы идеально, если бы эту систему можно было использовать и для других целей. В случае срабатывания триггера к поршневому кольцу (см. Рис. 2) прилагается приличное давление, которое сжимает пакет из нескольких дисков. В отличие от сегодняшних систем, в прошлом это не могло быть модулируется и просто активируется, когда колеса достигают определенной разницы в скорости.Эти блокирующие дифференциалы были предназначены только для того, чтобы помочь вам выйти из неловкой ситуации, поэтому они были эффективны до адекватная скорость, скажем, 35 ​​км / ч. Между тем, этот тип блокировки дифференциала также поддерживает, например, гусеничную стабилизацию ESP в совершенно разных диапазонах скоростей. Они также имеют не только гидравлическое управление, но и магнитные муфты. Как продольная блокировка, фактическое смещение шестерни может быть устранено с помощью только одной муфты для соединения передней и задней осей друг с другом, что является дальнейшим развитием муфты Haldex.07/13

Самоблокирующийся дифференциал на автомобиле Formula Student

Иван Симионато 1013650 — [email protected] — Дипломированный инженер-механик

Джузеппе Соттана 1012757 — [email protected] — ​​Диплом в области машиностроения

ВВЕДЕНИЕ

Рис.1: MG06 / 11 на мероприятии FSG 2011, Хоккенхаймринг, Германия

Целью этого проекта является моделирование преимуществ и недостатков применения самоблокирующегося дифференциала в системе трансмиссии автомобиля студента Формулы Падуи сезона 2011 года, MG06 / 11.

Formula Student — это студенческое инженерное соревнование, в котором студенческие команды со всего мира проектируют, строят, тестируют и участвуют в гонках на небольшом гоночном автомобиле в стиле формулы. Автомобили оцениваются отраслевыми специалистами по ряду критериев в различных типологиях событий:

• Статические события: дизайн (150 баллов), анализ затрат (100 баллов), оценка презентации проекта бизнес-плана (75 баллов), технический осмотр и проверка безопасности, проверка наклона, проверка тормозов и проверка шума;
• динамических соревнований, к которым относятся: занос (50 баллов), спринт на 1 км (150 баллов), ускорение на 75 м (75 баллов) и выносливость на 22 км (300 баллов) с относительной оценкой экономии топлива (100 баллов).

Цепи для динамических мероприятий узкие, извилистые и не такие быстрые, чтобы обеспечить безопасность студентов. В этих ситуациях трансмиссия предназначена для оптимизации тяги автомобиля, чтобы как можно быстрее выходить из поворотов, а также для повышения управляемости и управляемости автомобиля, чтобы помочь водителю во время гонки. По этой причине логично использовать самоблокирующийся дифференциал, который быстро реагирует на команды водителя и передает максимальный крутящий момент от двигателя на асфальт.

ЗАДАЧИ

В этом анализе в трансмиссии использовался самоблокирующийся дифференциал с многодисковыми муфтами производства Drexler® Motorsport GmbH, который можно увидеть на рисунке ниже:

Рис.2: Дифференциал повышенного трения Drexler® Formula Student V2 2010

В этом анализе мы хотели сравнить характеристики, которые можно получить от самовидящегося дифференциала, с характеристиками, которые можно получить от обычного дифференциала.

Два разных решения использовались в одном автомобиле с идентичной и реальной кинематографической конфигурацией подвески. Чтобы сравнить два разных решения, мы предоставили две разные трассы с двумя другими разными асфальтовыми покрытиями, чтобы создать разные условия сцепления.

Две дорожки:

• кривая с постоянным радиусом 10 м, чтобы подчеркнуть максимальное поперечное ускорение в условиях максимального крутящего момента, создаваемого двигателем;
• прямая, чтобы оценить максимальное продольное ускорение и смоделировать реальное динамическое событие в Формуле SAE, называемое «ускорением».

Два разных состояния асфальта:

• сухой, чтобы обеспечить максимальное сцепление между гусеницей и шинами, чтобы передать на землю весь крутящий момент, создаваемый двигателем;
• промерзание или замерзание, чтобы обеспечить минимальное сцепление между гусеницей и шиной и подчеркнуть максимальное отношение крутящего момента между двумя полуосями.

Необходимость Блокировка дифференциала

Конструкция обычных шестерен дифференциала имеет два важных преимущества:

• скорости вращения ведущих колес могут быть отрегулированы независимо друг от друга в соответствии с различными расстояниями, пройденными левым и правым колесами и
• крутящий момент симметрично распределен на оба ведущих колеса, без какого-либо момента рыскания.

Однако эти два преимущества компенсируются серьезным недостатком. Когда потенциал трения двух ведущих колес различен, движущие силы, передаваемые на поверхность дороги для обоих ведущих колес, зависят от меньшего потенциала трения двух ведущих колес. В данном случае это сравнение относится к внутренней компенсации колес в ведущей оси. Это означает, например, что колесо, стоящее

• на льду (или мокром / масляном асфальте) будет вращаться, а другое колесо, стоящее на асфальте, не может передать больший крутящий момент, чем то, которое вращается.Поэтому автомобиль не может трогаться с места.

Чтобы преодолеть этот недостаток обычных дифференциальных передач, в критических условиях движения необходимо запретить компенсирующее действие. Это может быть выполнено:

• с использованием самоблокирующихся дифференциалов , также известных как дифференциалы повышенного трения или блокировки. Это дифференциалы с преднамеренно жестким и ограниченным компенсирующим действием. Это позволяет им передавать крутящий момент на одно колесо, даже когда другое колесо вращается из-за плохого сцепления с дорогой.Это означает потерю преимущества передачи мощности без рыскания. Свободная адаптация скорости обеих колес к разным расстояниям, пройденным двумя гусеницами, ограничена. Полуоси подвергаются большему напряжению из-за перераспределения крутящего момента. Блокирующие дифференциалы делятся на регулируемые по нагрузке или крутящему моменту и регулируемые по скорости или скольжению.

В частности, коммерческие решения включают:

• Самоблокирующиеся дифференциалы, зависящие от нагрузки, с многодисковой муфтой,
• Самоблокирующиеся дифференциалы, зависящие от нагрузки, с червячными передачами (Torsen®),
• Самоблокирующийся дифференциал, зависимый от скольжения, с гидравлической муфтой,
• с электронным (автоматическим) блокировкой дифференциалов и многодисковыми муфтами под давлением,
• кулачковые самоблокирующиеся дифференциалы.

В данном анализе в трансмиссии используется самоблокирующийся дифференциал с многодисковыми муфтами производства Drexler® Motorsport GmbH. У нас есть покомпонентное изображение, на котором мы можем видеть шестерни и сцепления.

[1] дифференциал; [2] дифференциальный вал; [3] нажимные кольца; [4] внешние пластины; [5] внутренние пластины; [6] осевые конические шестерни; [7] пластинчатые пружины; [8] выемки.

Рис.3: Блокировка дифференциала с помощью многодисковых муфт с предварительным натягом, Lok-O-Matic. Верхняя полусекция: дифференциал без предварительного натяга.Нижняя полусекция: дифференциал с предварительным натягом (Automotive Transmission — Naunheimer, Bertsche, Ryborz, Novak)

Эффект блокировки самоблокирующегося дифференциала с многодисковой муфтой основан на зависящем от крутящего момента внутреннем трении, создаваемом двумя многодисковыми муфтами, симметрично установленными в кожухе дифференциала. Самоблокирующееся действие является результатом комбинации зависимости нагрузки и нагрузки пружины многодисковых муфт. Эффект блокировки в зависимости от нагрузки (рис. 3, вверху) зависит от входного крутящего момента T 1, приложенного к клетке дифференциала [ 1 ] , передаваемого через вал дифференциала [ 2 ] на два нажимные кольца [ 3 ] в клетке дифференциала [ 1 ] , которые заблокированы на кручение, но скользят в осевом направлении.Под нагрузкой блокирующие усилия автоматически возникают на поверхностях призматических выемок [ 8 ] в прижимных кольцах (см. Деталь на рис. 3), прижимая диски сцепления друг к другу. Наружные пластины [ 4 ] скручены с клеткой дифференциала [ 1 ], а внутренние пластины [ 5 ] скручены с коническими шестернями оси [ 6 ].

Фрикционный контакт между пластинами, таким образом, противодействует разным скоростям приводного вала (например, при вращении колеса) с точно определенной силой.Этот эффект усиливается по мере увеличения входного крутящего момента. Поскольку силы блокировки пропорциональны передаваемому крутящему моменту, эффект блокировки адаптируется к изменяющемуся крутящему моменту двигателя и увеличению крутящего момента на различных передачах, но величина блокировки — нет.

Пластинчатые пружины [ 7 ], которые могут быть установлены для предварительной нагрузки многодисковой муфты, создают постоянный начальный эффект блокировки, который не зависит от передаваемого крутящего момента, но иногда издает заметный скрип. Это делает систему способной к блокировке даже на крайне неблагоприятных поверхностях, например, на одном колесе на льду.Тем не менее, недостатком является то, что дифференциал этого типа всегда имеет основной момент блокировки. Это может быть нежелательно при парковке и на поворотах без пробуксовки.

В модели, принятой для анализа поведения автомобиля, отсутствует тарельчатая пружина [ 7 ], потому что колея более узкая, извилистая и не такая быстрая. Наличие постоянного эффекта блокировки (который не зависит от передаваемого крутящего момента) придает автомобилю чрезмерную управляемость (отсутствие оптимальных условий).По этой причине пластинчатая пружина была удалена и заменена простой металлической шайбой, которая имеет ту же толщину, что и нагруженная пластинчатая пружина.

Еще один недостаток, который следует иметь в виду, заключается в том, что во время процесса самоблокировки или компенсации геометрия зубьев конических шестерен отрицательно изменяется, поскольку используемые фрикционные муфты не должны иметь зазора.

МОДЕЛИРОВАНИЕ

МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИФФЕРЕНЦИАЛА

Рис.4: Покомпонентное изображение дифференциала

У нас уже были файлы CAD и массовые характеристики всех деталей дифференциала, предоставленные непосредственно производителем.

Сборка в основном соответствует осевому расположению, поэтому было довольно просто расположить все трения и шестерни вдоль корпуса дифференциала, используя в основном шарнирные соединения с желаемой степенью свободы, отключенной в шарнире. На внешнем трении мы также заблокировали вращение относительно корпуса дифференциала, чтобы обеспечить твердое вращение этих частей, и разблокировать это вращение за счет внутреннего трения, чтобы они могли вращаться свободно.Та же стратегия была использована для соединения вращения боковых конических шестерен с внутренним трением, оставляя свободным осевое движение

Рис.5: С-образная структура, используемая для соединения шестерен

У нас есть 2 боковые конические шестерни и 4 конические шестерни. На модели мы использовали только 1 коническую шестерню, потому что на реальном дифференциале их 4, просто из соображений симметрии и распределения нагрузки, а не из кинематографических соображений, что является предметом этого исследования. Зубчатое соединение работает только с шестернями, которые оси вращения закреплены на той же наземной части.Поэтому мы создали «вымышленную» невесомую деталь в форме буквы «C», чтобы соединить три шестерни.

Другой проблемой было поведение трения:

Рис.6: фрикционный контактный элемент

Во-первых, мы использовали одну пару трения с каждой стороны вместо четырех контактных поверхностей с каждой стороны, как в реальной системе. Что касается шестерен, то целесообразно распределить усилия и обеспечить достаточное отношение крутящего момента к осевому усилию. Мы могли создать такую ​​же ситуацию, только установив адекватный коэффициент трения.

• Мы пытались использовать контакт CAD, но форма трения была слишком сложной для правильного построения сетки, а LMS не давала возможности установить многие параметры.
• «Фрикционный» элемент работал только как рассеивание энергии на вращающемся шарнире, поэтому мы не могли заставить его зависеть от осевой силы.
• Решение заключалось в создании двух сфер на одном трении и плоскости на другом, а затем контактного элемента между сферами и плоскостью. Мы использовали контакт Герца и установили модуль Юнга (206 ГПа) и коэффициент Пуассона (0,3), чтобы обеспечить небольшую деформацию сфер.

Оптимальный коэффициент трения для представления реального дифференциала оказался равным 0,8. Мы провели несколько тестов блокировки, чтобы увидеть максимальный процент блокировки. Очевидно, что в сравнительных тестах с открытым дифференциалом мы установили этот параметр на 0, чтобы избежать блокировки.

Рис.7: контактный элемент рампы / оси

Такой же контакт использовался для контакта между осью солнечной батареи и пандусами дифференциала.

На край оси поместили сферу, а на поверхности рампы создали плоскость.

Мы использовали контакт Герца и установили модуль Юнга (206 ГПа) и коэффициент Пуассона (0,3) стали, как это есть на самом деле. Мы реализовали как ускорение, так и тормозные рампы для обеих сторон дифференциала.

Пластинчатые пружины могут предварительно нагружать многодисковую муфту и создавать постоянный начальный эффект блокировки, который не зависит от передаваемого крутящего момента. В данной модели дифференциала пластинчатая пружина заменена простой шайбой с такой же осевой толщиной пластинчатых пружин в нормальном режиме работы в сепараторе дифференциала и с такими же массовыми характеристиками пластинчатой ​​пружины.

МОДЕЛИРОВАНИЕ АВТОМОБИЛЯ

Рис.8: Модель автомобиля

После определения дифференциала мы надеваем его на MG06 / 11 и соединяем его с поворотным шарниром, на котором передается крутящий момент шестерни. У нас еще был CAD рамы, корпуса и стоек. Затем мы могли бы создать точки, на которых подвешивается подвеска, имея координаты, заданные программой оптимизации «Lotus».

Рис.9: Деталь модели подвески

Затем мы создали простые одномерные элементы для треугольников, рулевых тяг и тяг подвески.Затем мы поместили элементы TSDA там, где расположены настоящая пружина и демпфер. Для пружины мы использовали реальные значения базовой настройки автомобиля спереди и более жесткую подвеску сзади, чтобы подчеркнуть передачу нагрузки по задней оси, чтобы дифференциал работал более заметно.

	Муравей	пост
Свободная длина [мм]	200	245
Пружина [Н / м]	40000	100000
Демпфирование [кг / с]	100000	100000

Для шин использовалась простая модель шины с параметрами в диапазоне, рекомендованном в онлайн-справке LMS.Единственным параметром, который мы могли проверить, был коэффициент трения 1,2, указанный производителем как максимальное значение в оптимальных температурных условиях.

Радиус [мм]	255
Константа демпфирования [кг / с]	3000
Сопротивление качению	0,05
Коэффициент трения	1.-2 рад-1]	10000
Вертикальная жесткость [Н / м]	300000

Геометрия рулевого управления также была реальной (с учетом угла Аккермана) и контролировалась с помощью управляющего входа следящего механизма и управляющего выхода, действующего с силой на рулевую тягу.

Другие части автомобиля (тормозная система, двигатель, выхлопная система, водитель и т. Д.) Не были реализованы, так как не были необходимы в данном анализе.

Мы создаем массу, равную весу автомобиля, и размещаем ее там, где находится центр масс автомобиля.

МОДЕЛИРОВАНИЕ И РЕЗУЛЬТАТЫ

ИСПЫТАНИЕ НА ПРЯМОЙ

Сначала мы решили провести несколько тестов на прямой, чтобы проверить дифференциальную модель.

Мы создали простой прямой путь и использовали управляющий вход для следящего за траекторией, чтобы поддерживать транспортное средство на дороге, используя следующие параметры для управляющего входа:

Параметр	Значение
Прирост позиции	4
Прирост скорости	400
Расстояние просмотра вперед [мм]	3500

Мы использовали этот элемент управления для создания силы привода на рулевой штанге с выходом управления шарниром.

Испытание заключалось в периоде оценки в 1 секунду, позволяющем транспортному средству занять нейтральное положение, и в применении кривой крутящего момента к дифференциалу в течение 6 секунд моделирования.

Было проведено 3 различных теста:

• P1: С БЛОКИРОВКОЙ, ПОЛНАЯ ЗАХВАТА

Первый тест проводился с шинами на полном сцеплении. Автомобиль разгоняется с максимальной скоростью, не теряя сцепления, шины передают на землю весь крутящий момент, поступающий от дифференциала, в равных частях.

P1 видео на YouTube

• P2: С БЛОКИРОВКОЙ, ЛЕВЫЕ ШИНЫ БЕЗ ЗАХВАТА

Второй тест проводился с учетом сцепления только с правыми шинами и, таким образом, имитируя ситуацию, когда левые шины находятся на льду, чтобы подчеркнуть работу дифференциала.

Коэффициент трения дифференциала был установлен на 0,8, значение, которое мы получили после некоторых испытаний, подтверждающих установленный производителем процент блокировки для нашей конфигурации дифференциала.

Автомобиль изо всех сил пытается двигаться, но даже если левая шина не сцепляется с дорогой, блокировка дифференциала позволяет крутящему моменту достигать шины с захватом, заставляя автомобиль ускоряться.

P2 видео на Youtube

• P3: БЕЗ БЛОКИРОВКИ, ЛЕВЫЕ ШИНЫ БЕЗ ЗАХВАТА

Придавая нулевой коэффициент трения трения дифференциала, мы заставили дифференциал работать как «разомкнутый».

Очевидно, что дифференциал не может передать крутящий момент на землю.Большая часть крутящего момента ускоряет колесо без сцепления, и только очень слабый процент достигает колеса с сцеплением.

Автомобиль преодолевает меньшее расстояние, чем с эффектом автоблокировки, и имеет меньшее ускорение.

P3 Youtube видео

График 1: Импульс, передаваемый полуосями

Кривая крутящего момента (желтая линия) одинакова для трех испытаний.

При «открытом» дифференциале крутящий момент на правое и левое колесо практически одинаков. С самоблокирующимся дифференциалом большая часть крутящего момента поступает на колесо с хорошим сцеплением, что определяет лучшее ускорение.

График 2: Нормальная сила на фрикционных дисках

Нормальная сила на фрикционных дисках зависит только от приложенного крутящего момента, а не от процента блокировки. Фактически, то же самое с «открытой» и самоблокирующейся конфигурациями.

График 3: Скорость вращения задних колес

При полном захвате (P1) колеса вращаются с одинаковой скоростью, потому что они получают одинаковый крутящий момент.

В P2 левое колесо (без сцепления) вращается, а правое (с хорошим сцеплением) ускоряет машину.

В P3 левое колесо вращается намного более равномерно, забирая крутящий момент с правого колеса, что фактически медленнее, чем в P2, и, таким образом, ухудшает ускорение автомобиля.

График 4: Реальное проскальзывание колес

Пробуксовка определяется как разница между скоростью ведущего и заднего колес, деленная на скорость ведущего колеса.Это соотношение указывает на числовое значение скорости дифференциала и задних колес. При полном сцеплении (P1) пробуксовка отсутствует, при плохом сцеплении на левых шинах пробуксовка уменьшается при блокировке (P2) и остается постоянной при «открытом» дифференциале (P3).

График 5: Расстояние, пройденное автомобилем

Анализируя P2 и P3, можно увидеть, как с самоблокирующимся дифференциалом автомобиль проезжает большее расстояние из-за лучшего ускорения.

Конечно, в P1 (с большим сцеплением) машина проезжает еще большее расстояние.

График 6: Скорость автомобиля

С самоблокирующимся дифференциалом автомобиль достигает более высоких скоростей за то же время (6 с), что и моделирование

ТЕСТ ПО КРИВОЙ С ПОСТОЯННЫМ РАДИУСОМ

Во второй раз мы решили провести несколько тестов на трассе с кривой, состоящей из 3-х прямых.5 м, кривая с постоянным радиусом 10 м и углом 90 ° и, наконец, прямая 5 м.

На этот раз мы использовали следующие параметры для управляющего входа:

Параметр	Значение
Прирост позиции	20
Прирост скорости	400
Расстояние просмотра вперед [мм]	3500

«Управляющий вход следящего за траекторией» генерирует усилие привода на рулевой штанге с выходным сигналом совместного управления, который дает автомобилю возможность следовать по средней линии траектории.

Как и в случае с прямой, испытание заключалось в периоде оценки в 1 секунду, чтобы позволить транспортному средству занять нейтральное положение. Тест закончился на 5,7 с.

Мы применили кривую крутящего момента к корпусу дифференциала с максимальным значением 420 Нм.

• P4: С БЛОКИРОВКОЙ, ПОЛНАЯ ЗАХВАТА

Первое испытание проводилось с шинами при полном сцеплении с дорогой и, как видно из прямого испытания, коэффициент трения дифференциала трения был установлен на 0,8.Автомобиль разгоняется с максимальной скоростью, не теряя осевой линии пути, но шины не могут передать на землю весь крутящий момент, поступающий от дифференциала, в равных частях. На графике крутящего момента можно увидеть, что максимальное соотношение крутящего момента между внутренними и внешними задними колесами составляет около 60%. Это подтверждает реальное значение передаточного числа крутящего момента, указанное производителем дифференциала, как и ожидалось.

P4 Youtube видео

График 7: Кривая крутящего момента и количества движения, передаваемых полуосями

Кривая крутящего момента (синяя линия) одинакова для двух тестов.

В P5 крутящий момент, действующий на два полуоси, получается идентичным из-за «открытого» дифференциала. Однако в P4 крутящий момент получается другим из-за самоблокирующегося дифференциала. Как видно на прямом тесте, большая часть крутящего момента приходится на колесо с хорошим сцеплением. Можно увидеть, что максимальное соотношение крутящего момента между внутренними и внешними задними колесами составляет около 60% от максимума, как и ожидалось.

График 8: Нормальная сила на фрикционных тарелках

График показывает наличие высокого градиента силы, когда крутящий момент быстро увеличивается и когда крутящий момент медленно уменьшается (из-за угла в 50 ° на рампе при замедлении).Как и на прямой, графики сначала идентичны, а затем различаются из-за разного поведения машины на выходе из поворота.

График 9: Скорость вращения задних колес

В P5 угловая скорость заднего левого колеса (внутреннего колеса) очень высока из-за потери сцепления и большого крутящего момента, поступающего от дифференциала. В P4 угловая скорость задних колес более схожа из-за эффекта блокировки.

График 10: Реальное пробуксовка колес

Пробуксовка определяется как разница между скоростью ведущего и заднего колес, деленная на скорость ведущего колеса. Это соотношение указывает на числовое значение скорости дифференциала и задних колес.

Большие пробуксовки достигаются при «открытой» конфигурации дифференциала (P5)

График 11: Импульс рыскания

Непосредственным следствием блокировки дифференциала является увеличение момента рыскания из-за разницы продольных сил задних колес.

Автомобиль имеет избыточную поворачиваемость, требующую от водителя больших навыков вождения, но определяющую лучшие характеристики.

График 12: Плечо эквивалентной силы тяги

Плечо эквивалентной силы тяги получается при уменьшении импульса рыскания на сумму сил тяги на задних колесах. Положительно, если сила находится справа от центра тяжести автомобиля, так что импульс дает положительный результат.

Чем больше рука, тем больше инерция рыскания.

График 13: Расстояние, пройденное автомобилем

С самоблокирующимся дифференциалом максимальное пройденное расстояние составляет 20,3 м, а с «открытым» дифференциалом — всего 19,5 м за то же время моделирования.

График 14: Скорость автомобиля

Скорость автомобиля точно такая же на прямом и поворотном въезде, но при подаче мощности на вершине угла самоблокирующийся дифференциал обеспечивает лучшее сцепление и позволяет лучше ускоряться на выходе из поворота.

Скорость в и симуляции составляет 10,6 м / с с блокировкой и только 9,6 м / с с «открытым» дифференциалом »

Преимущества самоблокирующегося дифференциала с точки зрения максимальной скорости и максимального пройденного расстояния идут в ущерб устойчивости и управляемости автомобиля, что приводит к избыточной поворачиваемости (вместо недостаточной поворачиваемости) с большим усилием и концентрацией, требующимися от водитель.

ВЫВОДЫ

Испытания на прямой позволили проверить поведение модели дифференциала LMS, в частности, максимально достижимый процент блокировки. После установки правильного коэффициента трения для фрикционных дисков мы увидели, что для разных крутящих моментов двигателя процент блокировки всегда составлял около 60%, как предписано производителем для рампы, которую мы использовали в моделировании (наклон 40 °).

Тест с левыми шинами без сцепления (как на льду) показал различное поведение между открытым дифференциалом, когда автомобиль изо всех сил пытается двигаться вперед и передает большую часть крутящего момента на колесо с плохим сцеплением, и самоблокирующимся дифференциалом с автомобилем. меньше трудностей при движении, потому что 60% крутящего момента передается на колесо с хорошим сцеплением.

Второй тест с автомобилем в реальных условиях гонки (угол 90 ° при полном ускорении) показал потенциал дифференциала на гоночной трассе.

Выполнение поворота с той же кривой крутящего момента, исходящей от двигателя, дало лучшие результаты с самоблокирующимся дифференциалом. Автомобиль преодолел большее расстояние за то же время (20,4 м против 19,6 м), а также вышел из поворота с большей скоростью (38,22 км / ч против 34,74 км / ч).

Преимущества подчеркиваются выбранными нами параметрами (радиус поворота, кривая крутящего момента двигателя, сцепление шины с дорогой), но даже если это преимущество может быть меньше, мы должны учитывать, что на круге, сделанном примерно из 10-15 поворотов, преимущество будет последовательным и наверняка может иметь значение.

Очевидно, что дифференциал должен быть правильно настроен с правильной рампой дифференциала (также по отношению к трассе), чтобы избежать проблем с управляемостью или плохой маневренности в очень крутых поворотах. Плохая настройка может привести к худшим характеристикам по сравнению с открытым дифференциалом, но это не было нашей целью.

В этой работе мы подтвердили правильность функционирования реализованной нами дифференциальной модели, а затем мы привели несколько примеров рабочих условий, в которых она продемонстрировала свою работу, как ожидалось, а также лучшую, чем обычный открытый дифференциал, при правильной настройке.

Как правильно использовать блокировку дифференциала — 4SITE 4×4 Tires

---

Блокировка дифференциала (блокировка дифференциала) может придать вашему автомобилю необходимый импульс, когда он попадает в сложную бездорожье. Знание того, как и когда использовать блокировку дифференциала, позволит вам с легкостью преодолевать труднопроходимую местность, помогая получить больше от вашего внедорожника.

Прочтите, чтобы узнать, что такое блокировка дифференциала, почему это важно и как использовать блокировку дифференциала во время вождения.

Что такое Diff Lock?

Четыре колеса вашего 4X4 должны иметь возможность двигаться с разной скоростью, чтобы ваш автомобиль мог эффективно поворачивать повороты. Таким образом, все ведущие мосты — передняя и задняя в полноприводном автомобиле — имеют дифференциал. Этот дифференциал направляет мощность на колесо, которое легче всего вращать, обеспечивая разную мощность для каждого колеса в соответствии с его потребностями.

Автомобили имеют только один дифференциал, но автомобили 4X4 могут иметь до трех дифференциалов — переднего, центрального и заднего.

Блокировка дифференциала удерживает этот дифференциал на месте, заставляя все колеса оси двигаться с одинаковой скоростью. Это обеспечивает равную мощность на всех колесах, что необходимо при движении по труднопроходимой местности.

Почему так важна ваша блокировка дифференциала?

Блокировка дифференциала заставляет все колеса вращаться с одинаковой скоростью независимо от тяги. Это полезно, если вы столкнулись с труднопроходимой местностью, и одно или несколько колес отрываются от земли, поскольку полная мощность остается на других колесах, гарантируя, что вы все еще движетесь в направлении движения.

Например, вы едете по каменистой местности, и одно из ваших колес отрывается от земли. Это может быть колесо, обладающее наибольшей движущей силой, в результате чего три других колеса изо всех сил пытаются набрать достаточное сцепление, чтобы толкнуть автомобиль вперед. Блокировка дифференциала обеспечивает передачу максимальной мощности на все колеса, обеспечивая столь необходимый импульс вашему движению вперед.

Таким образом, блокировка дифференциала обеспечивает противобуксовочную систему и является ключевым компонентом предотвращения пробуксовки колес, что может спасти жизнь в сложных условиях вождения, таких как снег или лед.

Как использовать блокировку дифференциала во время вождения

Во-первых, блокировку дифференциала не следует включать при движении по дороге, если только погодные условия, такие как снег или лед, не требуют дополнительной тяги. Используйте блокировку дифференциала, когда хотите съехать по бездорожью, для езды по труднопроходимой местности, такой как грязь, гравий, грязь или снег. Вам нужно будет включить блокировку дифференциала только тогда, когда вам понадобится дополнительное сцепление, поэтому вы можете использовать его только в течение нескольких минут в каждом приключении по бездорожью.

Блокировка дифференциалов бывает двух видов — автоматическая и ручная.

Автоматические блокировки дифференциалов срабатывают автоматически при потере сцепления. Блокировка дифференциала отключается после восстановления сцепления с дорогой. Некоторые дифференциалы с автоматической блокировкой отключаются только тогда, когда одно колесо начинает вращаться быстрее, чем другие.

Ручная блокировка дифференциала позволяет водителю контролировать ситуацию, позволяя ему решать, когда и требуется ли дополнительное тяговое усилие. Существуют различные типы ручных блокировок дифференциала, большинство из которых включаются переключателем на приборной панели или рычагом переключения передач.Они работают либо со сжатым воздухом, либо с электромагнитом, либо с тросом.

Когда ваш дифференциал заблокирован, ваш автомобиль будет двигаться по прямой, что затрудняет повороты. Прислушивайтесь к своему автомобилю и не подвергайте его чрезмерной нагрузке, иначе вы можете серьезно повредить оси.

Энтузиасты бездорожья расходятся во мнениях относительно того, какая из трех потенциальных блокировок дифференциала (передняя, ​​задняя или центральная) работает лучше всего, и хотя задний дифференциал с блокировкой, кажется, предпочтительнее, вы найдете свою собственную систему, когда будете на трассе .

После того, как вы освоите блокировку дифференциала, движение по бездорожью станет намного более захватывающим, так как вы сможете преодолевать более сложные трассы и труднопроходимую местность.

Шины 4×4 Оставайтесь в безопасности на бездорожье. Мы рекомендуем всегда иметь при себе запасное колесо и шину, чтобы быть наготове в случае разрыва или прокола. Узнайте больше о нашем ассортименте шин и дисков для 4×4 и узнайте, как легко заказать через Интернет с 4SITE 4X4 Tyres.

---

Вернуться в блог

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, потратьте несколько секунд и сделайте это сейчас. Мы хотим услышать, что вы хотите сказать.

Мэтью Барнс

Вы когда-нибудь пытались быстро разогнаться, чтобы выехать на скоростное шоссе в плохую погоду, и застряли в крутящемся одном 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 таких 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 стандарт антипробуксовочной системы 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 педали газа и тормозов и требуют некоторого обучения, но после освоения сцепления с ABS может оказаться бесценным.

Дифференциалы 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 сцепления с дорогой, дифференциал не может передавать крутящий момент на шину с сцеплением, 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 вращается одно колесо 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 пробуксовки 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 повышенного трения с шестеренчатым приводом.

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 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 занятия, 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 транспортировке 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 особых случаях, 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 Барнса, Эван Сирс

Как это работает | Блокировка дифференциала

Общая информация

Aussie Locker — это полностью автоматическое и точное устройство автоматической блокировки дифференциала, не требующее ручного управления для активации.Он не требует никаких переключателей, внешних компрессоров, электрических кабелей, воздушных линий или пневматического управления. Aussie Locker основан на простой и в высшей степени инновационной механической конструкции, в которой используются два различных набора сил: «приводимые от земли» силы, действующие на колесо при прохождении поворотов (заставляющие внешнюю часть колеса поворачиваться быстрее), и силы, приводимые двигателем. трансмиссия. Комбинация этих двух наборов противодействующих сил и уникального дизайна Aussie Locker позволяет автоматически блокировать и разблокировать ведущие шестерни, когда автомобиль поворачивает или требует дифференциального действия.

Чем австралийский локер отличается от стандартного дифференциала

Стандартный дифференциал предназначен для выполнения двух основных операций, связанных с тягой; Передача мощности двигателя через трансмиссию на колеса. Разрешить «дифференциальное действие», т. Е. Позволить колесам двигаться с разными скоростями, чтобы обеспечить возможность прохождения поворотов без повреждения трансмиссии или шин. Традиционная конструкция дифференциала допускает бесступенчатую регулировку диапазона дифференциации от 50:50, когда оба колеса вращаются с одинаковой скоростью (прямолинейное движение) и передаточным числом 100: 0, когда одно колесо вращается свободно, а другое вообще не движется (не то, с чем вы хотите столкнуться при движении по бездорожью).Традиционный дифференциал также позволяет передавать всю мощность по «пути наименьшего сопротивления», что хорошо на шоссе, потому что оба колеса имеют некоторую степень тяги, но на бездорожье вам часто требуется значительная мощность и в этом случае даже небольшая разница в сцеплении. может привести к пробуксовке колес и последующей потере тяги.

Дифференциал повышенного трения (LSD) — это просто стандартный дифференциал (также называемый открытым) с фиксированным смещением или механизмом динамического смещения, который служит только для «частичной« блокировки »двух осей посредством дисков сцепления или специальной конструкции шестерни.Тем не менее, большинство из них требует, чтобы оба колеса сохраняли некоторое сцепление с землей для работы, и даже когда новое колесо будет вызывать неконтролируемое вращение колеса в воздухе, что будет совершенно неэффективным там, где требуется тяга на бездорожье. Aussie Locker преодолевает недостаток тяги стандартного дифференциала и дифференциала повышенного трения, чтобы гарантировать, что распределение мощности 50:50 достигается при движении независимо от состояния грунта, но все же позволяет при необходимости действовать дифференциалом.

Простое объяснение операции Aussie Locker

Механизм Aussie Locker позволяет колесу вращаться быстрее, чем скорость приводящего его дифференциала (дифференциация), но никогда не позволяет колесу вращаться медленнее, чем скорость вращения дифференциала и двигателя (тяга).Следовательно, колесо никогда не может перестать вращаться, если его ведет двигатель, но в повороте его можно заставить действительно вращаться быстрее. В отличие от стандартного дифференциала, двигатель никогда не может вести одно колесо быстрее другого.

100% принудительная блокировка

Aussie Locker имеет принудительную блокировку, что означает отсутствие проскальзывания при блокировке. Имеется механически прочное зацепление всех частей. В отличие от этого дифференциал повышенного трения не имеет принудительной блокировки и допускает проскальзывание и «раскрутку» одного колеса i.е. вращение одного колеса с удвоенной дифференциальной скоростью, в то время как другое колесо, имеющее тягу, остается неподвижным. С системой «Aussie Locker» вы всегда получаете 100% тяги и тяги на оба колеса.

Принцип динамической блокировки

В отличие от некоторых других типов шкафчиков, у Aussie Locker есть принцип блокировки и разблокировки, который является динамическим. Динамический в том смысле, что чем больше приложено мощности, тем сложнее он блокируется, поэтому для его фиксации не требуется больших сил смещения, действующих на него.Силы смещающей пружины незначительны, и их можно легко сжать двумя пальцами. В результате получается шкафчик, который можно легко запирать и открывать даже при движении по очень скользким поверхностям, таким как грязь и мокрая трава. Механизм блокировки настолько чувствителен, что колесо можно вывести из зацепления одним пальцем, когда колесо приподнято над землей. Инженерная философия «австралийского шкафчика» основана на двух наборах противодействующих сил, но упрощена по сравнению с другими конструкциями автоматических шкафчиков. В основном на две зубчатые передачи действуют две силы.Один действует, чтобы разблокировать кулачковые и осевые шестерни за счет конструкции зуба шестерни и воздействия сил, приводимых к грунту, действующих на колесо при поворотах. Другой блокирует кулачковые и осевые шестерни из-за кулачкового действия поперечного вала и ведущей шестерни из-за 4-мерной спиральной канавки кулачка с опорными поверхностями под воздействием мощности двигателя. В зависимости от ситуации, шкафчик может либо отсоедините ведущие шестерни, т.е. если сила дифференциала действует на колесо и вращает его быстрее, чем колесо приводится в движение дифференциалом и двигателем, то эта сторона может свободно отключаться и разблокироваться, обеспечивая действие дифференциала.

Передача нагрузки и прочность

В конструкции Aussie Locker используется большое количество очень низкопрофильных зубцов, которые в совокупности выполняют все функции наклона и движения. Мощность двигателя передается через плоские поверхности всех 20 зубьев одновременно, а не через оригинальный стандартный дифференциал, который имеет только 2 или 4 зуба, ведущих одновременно, при этом вся сила передается между двумя точками на изогнутой поверхности шестерни и боковой поверхности зубья шестерни. Aussie Locker имеет в 2-5 раз большую площадь поверхности, по которой передается мощность двигателя.Это означает, что Aussie Locker может справиться с мощностью двигателя, часто встречающейся в модифицированных внедорожниках с большими шинами. Конструкция блокиратора приводит к блокировке шестерен при движении по сравнению с проскальзыванием и скольжением, которое происходит, когда традиционные крестовины и боковые шестерни поворачиваются и зацепляются.

Постоянные 4WD

Как и все автоматические запирающиеся шкафчики, Aussie Locker нельзя использовать на передних осях автомобилей с постоянным 4-колесным приводом. Некоторые производители автомобилей предлагают опцию неполного рабочего дня с полным приводом и могут быть установлены автоматические запирающиеся шкафчики.Некоторые владельцы автомобилей устанавливают комплекты для неполного рабочего дня или используют ступицы свободного хода.

Высокопрочный сверхпрочный сплав, производство США

Aussie Locker изготовлен из закаленной легированной стали 9310, произведенной на заводах в США.

Самоблокирующийся межосевой дифференциал — Технологический портал Audi

Вернуться к обзору

В 2005 году Audi начала следующий этап эволюции своей классической системы привода quattro в RS 4 второго поколения. Новый самоблокирующийся межосевой дифференциал, который сегодня используется во многих моделях, остался верен принципу механики. функции, но представляет собой значительный прогресс по сравнению с дифференциалом Torsen.

---

В нормальных условиях движения мощность распределяется в соотношении 40:60 между передней и задней осями. Это асимметричное и динамическое распределение крутящего момента обеспечивает спортивную управляемость с уклоном назад. Межосевой дифференциал может при необходимости отводить до 60 процентов мощности вперед и до 80 процентов назад. Если колесо на одной оси должно пробуксовывать, электронная блокировка дифференциала EDL контролирует это, нажимая на тормоза.

Самоблокирующийся межосевой дифференциал выполнен в виде планетарной передачи.Внутренняя шестерня охватывает солнечную шестерню; Между этими двумя элементами вращаются планетарные шестерни в форме роликов, соединенные с вращающимся корпусом. Они распределяют крутящий момент асимметрично — несколько большая часть течет назад через внутреннюю шестерню, которая имеет больший диаметр, и соединенный с ней выходной вал. Меньшая фракция передается на меньшую солнечную шестерню, откуда она направляется на переднюю ось.

Если тяга на одной из осей снижается, винтовая форма шестерен и их наклонные шлицы создают осевые силы в дифференциале.Эти силы действуют на фрикционные диски, чтобы обеспечить желаемый момент блокировки и перенаправить мощность на колеса с лучшими значениями трения.

Полноразмерный внедорожник Q7 (расход топлива в смешанном цикле в л / 100 км: 10,7 — 7,2; выбросы CO ₂ в г / км: 249-189) использует трансмиссию quattro особой формы — в данном случае , самоблокирующийся межосевой дифференциал интегрирован в отдельную раздаточную коробку. Солнечная шестерня использует цепь для привода вспомогательного вала, который проходит мимо коробки передач к передней оси.Цепь используется для транспортировки масла, устраняя необходимость в обычно используемом масляном насосе. Вся трансмиссия Q7 потеряла значительный вес на последней стадии эволюции. Тем не менее, раздаточная коробка очень прочная.