Что такое самоблокирующийся дифференциал

Что такое самоблок

Что такое самоблокирующийся червячный дифференциал?

Дифференциал — это механическое устройство, которое передает крутящий момент с одного источника на два независимых потребителя таким образом, что угловые скорости вращения источника и обоих потребителей могут быть разными относительно друг друга. Такая передача момента возможна благодаря применению так называемого планетарного механизма. В автомобилестроении, дифференциал является одной из ключевых деталей трансмиссии. В первую очередь он служит для передачи момента от коробки передач к колёсам ведущего моста.

Принцип работы обыкновенного дифференциала

Почему для этого нужен дифференциал? В любом повороте, путь колеса оси, двигающегося по короткому (внутреннему) радиусу, меньше, чем путь другого колеса той же оси, которое проходит по длинному (внешнему) радиусу. В результате этого, угловая скорость вращения внутреннего колёса должна быть меньше угловой скорости вращения внешнего колеса. В случае с не ведущим мостом, выполнить это условие достаточно просто, так как оба колеса могут не быть связанными друг с другом и вращаться независимо. Но если мост ведущий, то необходимо передавать крутящий момент одновременно на оба колеса (если передавать момент только на одно колесо, то возможность управления автомобилем по современным понятиям будет очень плохой).

При жесткой же связи колёс ведущего моста и передачи момента на единую ось обоих колёс, автомобиль не мог бы нормально поворачивать, так как колеса, имея равную угловую скорость, стремились бы пройти один и тот же путь в повороте. Дифференциал позволяет решить эту проблему: он передаёт крутящий момент на раздельные оси обоих колёс (полуоси) через свой планетарный механизм с любым соотношением угловых скоростей вращения полуосей. В результате этого, автомобиль может нормально двигаться и управляться как на прямом пути, так и в повороте.

Однако, ввиду физики устройства, у планетарного механизма есть очень нехорошее свойство: он стремится передать полученный крутящий момент туда, куда легче. Например, если оба колеса моста имеют одинаковое сцепление с дорогой и усилие, необходимое для раскручивания каждого из колёс одинаковое, дифференциал будет распределять крутящий момент равномерно между колёсами. Но стоит только появится ощутимой разнице в сцеплении колёс с дорогой (например, одно колесо попало на лёд, а другое осталось на асфальте), как дифференциал тут же начнёт перераспределять момент на то колесо, усилие для раскрутки которого наименьшее (то есть на то, которое находится на льду). В результате, колесо, находящееся на асфальте перестанет получать крутящий момент и остановится, а колесо, находящееся на льду примет на себя весь момент и будет вращаться с увеличенной угловой скоростью, причем планетарный механизм будет играть роль редуктора, повышающего скорость вращения этого колеса. Естественно, это явление сильно ухудшает проходимость и управляемость автомобиля. Ведь по логике вещей, в рассмотренной ситуации момент желательно передавать на колесо, расположенное на асфальте, чтобы автомобиль мог продолжить движение.

В полноприводных автомобилях дифференциалом обычно оборудованы два моста, а зачастую дифференциал можно обнаружить еще и между мостами (межосевой дифференциал). Таким образом, мы получаем схему трансмиссии, в которой присутствуют целых три дифференциала: два мостовых и один межосевой. Последний необходим для постоянного движения с полным приводом и передачей момента на все четыре колеса. Ведь в повороте колёса рулевого моста (обычно переднего) имеют совсем другие угловые скорости, нежели чем колёса заднего моста. Межосевой дифференциал призван передавать крутящий момент от коробки передач к обоим ведущим мостам с разным соотношением угловых скоростей. Такая схема с тремя дифференциалами является одной из самых распространённых схем для постоянного полного привода (Full time 4WD).

Основной целью блокировки дифференциала является передача необходимого крутящего момента обоим его потребителям (полуосям или карданам). Существуют принципиально разные методы решения данной задачи. В данном разделе мы рассмотрим способ частичной блокировки с помощью самоблокирующегося дифференциала. Другие способы частичной блокировки дифференциала можно посмотреть здесь, а с метод полной блокировки дифференциала можно ознакомится в разделе «Что такое принудительная блокировка?»

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 cамоблокирующегося 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.

— Мы производим и продаем Cамоблокирующиеся дифференциалы на следующие марки и модели автомобилей:

Источник

Проходимость для «легковушки»: виды блокировок дифференциала и их применение

Обзор бюджетных переднеприводных кроссоверов в очередной раз вызвал у наших читателей вопрос: можно ли повысить проходимость при отсутствии дорогой и громоздкой системы полного привода, как у Mercedes или Audi, и если да, то почему это так мало заботит производителей? Попытаемся разобраться в этом, рассмотрев несколько вариантов решения проблемы, которые, по сути, сводятся к одному: заставить межколесный дифференциал отказаться от выполнения своих прямых обязанностей.

Кондуктор, нажми на тормоза.

Дифференциал — непременный атрибут любого автомобиля, имеющего пару ведущих колес, между которыми механическим способом распределяется крутящий момент от одного источника (двигателя). Исключение — картинг, где техника прохождения поворотов основана на скольжениях ведущих колес, а вопросы надежности и долговечности волнуют кого-либо в последнюю очередь. Практически любой свободный дифференциал представляет собой нехитрый планетарный механизм, позволяющий правому и левому колесам реализовать равный крутящий момент при различной скорости вращения, без чего не обойтись при поворотах. Но в этом и главный недостаток: стоит одному из колес вывеситься или попасть на скользкое покрытие — крутящий момент на нем падает практически до нуля, а следом останавливается и противоположное колесо, еще имеющее контакт с поверхностью, поскольку специфика работы дифференциала лишает момента и его. Бытует ошибочное представление, что в этом случае вся тяга перераспределяется на скользящее колесо, и хотя на самом деле это не так, результат не меняется: нет зацепа — нет движения.

Как мы действуем, если некому вытолкать машину из засады? Пытаемся либо подложить что-то под буксующее колесо, либо загрузить его, чтобы увеличить силу трения, создав тем самым крутящий момент, причем не только на этом колесе, но и на втором, как следует из принципа действия дифференциала. Но то же самое можно сделать с помощью тормозов, на чем и базируется электронная имитация блокировки дифференциала: по сигналу датчиков скорости вращения (как правило, тех же, что работают с АБС) колесо «прихватывается» тормозным механизмом — и дело, как говорится, в шляпе. Этот способ используется главным образом на полноприводных кроссоверах и внедорожниках, но концерн PSA, например, реализовал его в системе Grip Control на переднеприводниках Peugeot 3008 и 2008. Причем тут интерес представляет не столько само наличие электронной имитации блокировки, сколько различные алгоритмы работы: в режимах «снег», «бездорожье» и «песок» буксующее колесо притормаживается с разной интенсивностью. И максимальная допустимая скорость у каждого режима тоже своя: для езды по снегу, по мнению французов, достаточно 50 км/ч, по грязи можно двигаться не быстрее 80 км/ч, а в «песчаном» режиме — до 120 км/ч. Ведь чем жестче блокировка, пусть даже электронная, — тем более проблемной становится управляемость (вспомним о картинге).

Дифференциал автомобиля Porsche Cayenne в разрезе

Карданный вал (1) через коническую зубчатую передачу передает вращение на корпус дифференциала (2). Корпус дифференциала через независимые друг от друга шестерни (сателлиты) (3) вращает полуоси (4). Такое зацепление имеет не одну, а две степени свободы, и каждая из полуосей вращается с такой скоростью, с какой может. Постоянна лишь суммарная скорость вращения полуосей

Однако система Grip Control и ей подобные «завязаны» не только на тормоза: они могут варьировать чувствительность электронной педали акселератора и даже «душить» двигатель, дабы не допустить закапывания колес. А если попроще, без всякой электроники? Еще в незапамятные времена отдельные умельцы ставили на ВАЗовскую «классику» два «ручника» вместо одного, по одному на каждое колесо, именно для того, чтобы при случае легче было выбраться из снега или грязи. Действительно, чего проще: забуксовал, посмотрел, какое колесо вращается вхолостую, — его и притормозил, ведь иногда требуется всего несколько оборотов, и порой помогает даже штатный стояночный тормоз. Разумеется, в массовом производстве ничего подобного никогда не было и не предвидится, да и в тюнинге чаще используется другой подход к проблеме пробуксовки.

LSD или блокировка?

Суть второго подхода — вмешательство в конструкцию самого дифференциала, ставящее своей целью сделать его, если можно так выразиться, менее дифференциальным. Грубо говоря, в определенный момент его нужно превратить в обычную пару шестерен, как у того же карта, заставляющую колеса вращаться с равной скоростью либо в зависимости от условий движения, либо невзирая на них. В первом случае эксплуатируются самоблокирующиеся дифференциалы, они же дифференциалы повышенного трения, а в англоязычной литературе чаще используется термин «дифференциал ограниченного скольжения» (LSD, Limited Slip Differential), что, в принципе, то же самое. Сущность соответствует названиям: до определенного момента узел «терпит» разность скоростей вращения колес или крутящего момента, но потом блокируется за счет той же силы трения либо полностью, либо частично. Момент и степень блокировки могут быть разными, равно как и конструкция: знаменитый червячный Torsen, кулачковый (легендарная «шишига» ГАЗ-66), цилиндрический, дисковый и т. д. Частным случаем LSD можно считать и вискомуфту, где трение возникает в специальной жидкости.

LSD конического типа

«Самоблок» считается более радикальным и эффективным решением, чем подтормаживание колес, хотя очень многое зависит от конкретной конструкции и настройки. Для примера рассмотрим винтовой дифференциал типа Quaife, предлагаемый тюнинговыми фирмами для автомобилей ВАЗ, УАЗ и даже для иномарок: его устанавливают вместо штатного дифференциала, и цена вопроса не так уж велика, порядка 10-30 тысяч рублей, в зависимости от модели. Как и обычный дифференциал, это планетарная конструкция, но нарезка зубьев шестерен тут похожа на резьбу винта, на что намекает и само название. Когда одно из колес начинает пробуксовывать, шестерни-сателлиты, находящиеся в зацеплении с полуосевыми шестернями, начинают проворачиваться, как в обычном свободном дифференциале. Однако этому препятствует трение, которое создается между сателлитами и корпусом механизма под действием центробежных сил, плюс сопротивление довольно велико и в самих винтовых парах, — это заставляет всю конструкцию вращаться почти как единая ось, хотя и с небольшим проскальзыванием, недаром блокировка называется частичной.

Как показывает опыт эксплуатации Грант и Калин с такими дифференциалами, они действительно повышают проходимость, позволяют увереннее стартовать на скользком покрытии и даже обостряют «чувство руля», что импонирует активным водителям. Но есть и обратная сторона медали: чем выше степень блокировки (а она задается конструктивно, и варьировать ее нельзя), тем сильнее поведение машины с «самоблоком» отличается от дорожных манер «гражданских» автомобилей. Для машин с задним приводом это не столь критично, но переднеприводные, коих нынче подавляющее большинство, требуют от водителя большей концентрации, а часто — и просто больших физических усилий в процессе управления. Ведь при передаче крутящего момента в повороте, особенно при добавлении или сбросе «газа», дифференциал повышенного трения стремится уравнять скорости вращения управляемых колес, что, как правило, выражается в сильной недостаточной поворачиваемости, — машина, как говорят, «упирается». К тому же, остается актуальным вопрос надежности и ремонтопригодности, поэтому сфера применения «самоблоков», как правило, ограничивается кругом энтузиастов различных видов автоспорта.

Обычному же водителю нужно совсем другое — выбраться из сугроба или преодолеть размытую грунтовку по дороге на дачу, но в штатных условиях движения не жертвовать управляемостью и комфортом. Для этого лучше всего подходит принудительная блокировка дифференциала, которая в большинстве случаев бывает полной, — как, например, сделано на нашей «Ниве», только не в межколесном дифференциале, а в межосевом. Он имеет обычную свободную конструкцию, но дополнен зубчатой муфтой, замыкающей одну из шестерен на корпус, который играет в планетарной передаче роль так называемого водила. В итоге происходит то же самое, что и в «самоблоке», но без всякого проскальзывания: дифференциал превращается в ту самую жесткую передачу, о какой было сказано выше. Причем если у «Нивы» водитель должен перемещать муфту вручную, с помощью специального рычага, то у современных автомобилей ее привод может быть и гидравлическим, и пневматическим, и электрическим. Последний, по всей видимости, и используется в трансмиссии квазикроссовера Fiat Weekend, о котором шла речь в нашем обзоре.

Не в этой жизни?

А теперь о самом грустном: почему ни один из описанных методов повышения проходимости не используется в массовых и недорогих моделях, доступных россиянам? Оставим в стороне иномарки, но тот же АВТОВАЗ, на первый взгляд, вполне мог бы озадачиться копеечной для такого гиганта задачей — предложить в качестве опции блокировку дифференциала, подобно бразильскому Фиату. Но вспомним, во-первых, что нынче завод принадлежит концерну Renault-Nissan, практикующему жесткую экономию, — это с одной стороны, а с другой — до сих пор не удается справиться с фирменным воем ВАЗовских коробок передач, — до блокировок ли тут. Впрочем, был в Тольятти один человек, который мог бы эту сказку сделать былью, и фамилия у него почти сказочная — Андерссон. Продержись он у руля АВТОВАЗа еще пару лет и узнай о бразильском опыте — возможно, и увидели бы мы опционную блокировку дифференциала или ее электронную эмуляцию на моделях с приставкой Cross, крестным отцом которых и был шведский топ-менеджер. Но история не знает сослагательного наклонения, и теперь тюнинговых дел мастера могут не опасаться конкуренции со стороны автогиганта. Кстати, интересно, как скоро будет готов «самоблок» для Весты?

Источник

Преднатяг дифференциала

Дифференциал — это механическое устройство, узел трансмиссии автомобилей, которое выполняет следующую функцию — принимает мощность вращения и разделяет ее на 2 дифференциально связанных потока.

Что такое преднатяг дифференциала

Дифференциал автомобиля занимается распределением крутящего момента с ведущего вала на правое и левое полуоси. Состоит дифференциал из 4-х конических шестеренок. По габаритам не большой. Если колеса крутятся с одинаковой нагрузкой, то дифференциал распределяет силу вращения пополам (50:50).

Если одно колесо наехало, например, на лед, то дифференциал на одно колесо дает большую вращательную силу, а на другую — меньшую. То колесо, которое на льду, получает повышенную угловую скорость и станет ведущим, а то колесо, которое крутится по асфальту — перестанет получать вращательную скорость и станет ведомым. Из-за этого, то, что момент вращения передается только на одно колесо, причем на то, которое находится (в данном случае) на льду, управление и проходимость автомобилем сильно ухудшается. Но, для сохранения управляемости и проходимости, ведущим колесо должно было стать то колесо, которое на асфальте. Чтобы избежать такого ненужного эффекта, было изобретено устройство — автоматический дифференциал повышенного трения.

Самоблокирующиеся дифференциалы

Механизм повышенного трения — это многодисковый дифференциал, вискомуфта, самоблокирующийся дифференциал «Квайф» и «Торсен» осуществляет частичную блокировку автоматически, без переключения рукоятки водителем.

Отличие автоматического дифференциала от симметричного в том, что автоматический самоблокирующийся имеет пружинный пакет фрикционных дисков.

Состоит автодифференциал из:

Оси сателлиты и полуосей параллельны друг другу. Если одно колесо, допустим правое, начинает вращаться медленнее, чем колесо напротив, то, соответственно, и полуось с шестерней вращается медленнее и вращает с такой же угловой скоростью сателлит 2. Сателлит 2 передает вращение сателлиту 3. Сателлит 3 передает вращение шестеренке полуоси 4. В результате — разные угловые скорости колес на повороте.

Из-за того, что крутящие моменты в винтовом зацеплении разные, появляются осевые и радиальные силы, которые прижимают шестерни 1 и 4, сателлиты 2 и 3 торцами к крышке дифференциала. Червячные сателлиты 2 и 3 прижимаются к поверхностям отверстий, в которых они сидят. Благодаря образующимся при этом силам, происходит блокировка полуосей. Насколько сильно заблокируется полуось, определяется коэффициентом блокировки.

Характеристики дифференциала самоблока:

КБД — это отношение моментов сил отстающего к забегающему, то есть крутящий момент отстающего колеса делим на крутящий момент колеса, которое быстрее вращается.

Преимущества самоблокирующегося дифференциала:

Самоблокирующиеся винтовые дифференциалы эффективно подходят для обычного автомобиля. Такие устройства надежные. Рабочий эксплуатационный ресурс винтовых самоблоков такой же, как и у коробок переключения передач (КПП). Они плавно активируются и дезактивируются.

Симметричные дифференциалы

Чем больше величина коэффициента блокировки, тем лучше проходимость. А во время движения по ровной дороге по асфальту большой коэффициент наоборот ухудшает управление и динамику транспортного средства, потому что момент отстающего колеса момент в несколько раз больше, что способствует выталкиванию машины из поворота. В таком случае идет повышенный износ резины из-за пробуксовок, идет нагрузка на узлы привода, уменьшается коэффициент полезного действия и увеличивается расход топлива.

Преднатяг дифференциала — это, своего рода, взаимная уступка между комфортом управления и тяговой мощностью автомобиля.

А вы знаете, где находится номер двигателя в вашем автомобиле? В некоторых марках и моделях, он выбит в месте соединения мотора и коробки.

Как устанавливается преднатяг

Регулировка преднатяга осуществляется путем установки пакета специальных пружинных шайб, которые распирают шестеренки внутри блокировки. Полный пакет таких спецшайб, сложенные все вместе составляют толщину 1 см, но все шайбы по толщине разные, чтобы можно было регулировать момент.

Чтобы отрегулировать преднатяг, потребуется:

Порядок регулировки преднатяга:

В этом видео рассмотрен вариант регулировки шайбами блокировки авто ВАЗ 2108.

Преднатяг до 5 кг не сплющивает до плоского состояния шайбы, такой момент натяжки считается ресурсным. Блокировка с натягом до 5 кг поможет сильно не терять своих характеристик около 4 лет. Любая блокировка с натягом в первые пару месяцев теряет около 1 кг натяга.

Специалисты рекомендуют делать для переднего дифференциала с самоблокировкой преднатяг не больше 5 кг, а для заднего дифференциала — не больше 7 кг. При максимальной величине, например, в 9 кг, все пружинные шайбы будут уже прижаты и эффект пружин будет потерян.

Как выбрать преднатяг дифференциала

Можно установить преднатяг от 5 до 11-12, но это максимальные значения устанавливают для спортивных автомобилей. Среднее значение 7-8 кг.

Чем выше установленное значение, тем раньше и быстрее срабатывает дифференциал. Это очень удобно во время управления по бездорожью, но довольно опасно во время езды на хорошей дороге. Это важно, если в автомобиле установлена самоблокировка в передний мост, так как это может привести к ненужному рывку на руле.

Если вы эксплуатируете автомобиль большую часть времени по бездорожью, то установленный больший преднатяг дифференциала отлично будет помогать преодолевать дорожные препятствия.

Если, в основном, эксплуатация автомобиля проходит по, относительно, хорошим дорогам, то надо устанавливать предварительный натяг поменьше.

Выбор варианта дифференциала для Лады Гранта. Со штатным дифференциалом поднятое домкратом колесо вращается, которое на земле стоит. С новым самоблокирующимся дифференциалом Val-Racing с установленным натягом 6 кг поддомкраченный автомобиль поехал, так как колесо, которое на асфальте тоже вращается.

Как выбрать блокировку для своего автомобиля (очень полезное видео-советую посмотреть).

Тест-драйв автомобиля НИВА с винтовыми блокировками

Как можно измерить подручными средствами установленный преднатяг на автомобиле

Источник

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.

Источник