Блокируемый дифференциал: принцип работы и существующие виды блокируемого дифференциала

Разновидности системы

Схема работы электронного дифференциала Renault Clio: система считывает разницу в скорости вращения между двумя передними колесами и подтормаживает проскальзывающее колесо

Система предотвращения пробуксовки колес устанавливается в машинах многих автопроизводителей. При этом системы, выполняющие одни и те же функции на разных автомобилях, могут иметь разные названия. Остановимся на самых известных – EDS, ETS и XDS.

EDS – электронная блокировка дифференциала, установленная на большинстве автомобилей (например, Nissan, Renault).

ETS (Electronic Traction System) – система, аналогичная EDS, разработанная немецким автопроизводителем Mercedes-Benz. Эта разновидность электронного дифференциала выпускается с 1994 года. Компания Mercedes разработала также усовершенствованную систему 4-ETS, которая может подтормаживать все колеса машины. Она устанавливается, к примеру, на среднеразмерные премиум-кроссоверы (M-класс).

XDS – расширенная EDS, разработанная немецкой автокомпанией Volkswagen. XDS отличается от EDS дополнительным программным модулем. XDS использует принцип поперечной блокировки (подтормаживание ведущих колес).  Эта разновидность электронного дифференциала призвана увеличить тягу, а также улучшить управляемость машины. Система от немецкого автоконцерна устраняет недостаточную поворачиваемость автомобиля при прохождении поворотов на повышенной скорости (такой недостаток при езде присущ переднеприводным автомобилям) – при этом управляемость становится более точной.

Задачи и принцип действия дифференциала

В отсутствие дополнительных приспособлений оба колеса автомобиля, расположенные на одной оси, вращались бы с одинаковой скоростью. Это повлекло бы целый ряд эксплуатационных проблем, связанных в основном с управляемостью. Побочные эффекты — повышенный и неравномерный расход резины, дополнительная нагрузка на элементы подвески, недостаточная поворачиваемость. Дифференциал сделал возможным неравномерное распределение скорости вращения, получаемой колёсами от карданного вала.

В реальных условиях эксплуатации авто колёса могут двигаться с разной скоростью в нескольких случаях:

• при повороте, когда внешнему колесу приходится преодолеть большее расстояние, чем внешнему;
• на неровной дороге, когда левое и правое колёса движутся по поверхности с разным рельефом.

Все описанные выше особенности не имеют особого значения для ведомых полуосей, так как они фактически не связаны друг с другом и вращаются независимо. А вот ведущая пара получает энергию от коробки передач, каждое колесо из неё жёстко связано с трансмиссией, поэтому криволинейное движение затрудняется.

Дифференциал, делающий ведущие колёса относительно независимыми друг от друга, используется и на грузовом, и на легковом транспорте, как в моноприводных моделях, так и в полноприводных. В последних распределяющий редуктор управляет также балансом усилий между осями. Расположен он чаще всего в задней части авто и связан с карданным валом. Можно выделить три типа данного агрегата:

• открытый дифференциал;
• дифференциал повышенного трения;
• дифференциал с блокировкой.

В зависимости от типа конструкции узла различается природа механизма передачи усилия на колёса. Если возникнет ситуация, когда одной из колёс в паре потеряет сцепление с дорогой (попадёт на лёд или грязь), редуктор направит весь крутящий момент на эту полуось. Это приведёт к пробуксовке потерявшего надёжную опору колеса. В этом случае и нужна так называемая блокировка дифференциала: она временно отключает хитрый узел, чтобы вращающая сила распределялась между полуосями поровну.

Что такое блокировка дифференциала на видео:

Самоблокирующийся дифференциал

По своей сути самоблокирующийся дифференциал позволяет реализовать возможности свободного дифференциала и возможности полной блокировки, как бы компромисс между тем и другим.

Еще его называют дифференциал повышенного трения (LSD — Limited Slip Differential).

Есть два способа самоблокировки:

1. Блокируется от разных угловых скоростей на полуосях (дисковый дифференциал с вязкостной муфтой);
2. Блокируется от разности нагрузок, крутящих моментов сил на полуоси (червячный).

Принцип простейшего дискового дифференциала

Принцип его заключается в создании повышенного трения между набором дисков (фрикционный пакет), вращающихся на близком расстоянии друг от друга в специальной силиконовой жидкости.

Часть дисков связана с корпусом дифференциала, другая часть с полуосью, в межосевых дифференциалах с карданом или приводным валом.

При равномерном движении, без пробуксовок, валы и соответственно весь пакет дисков вращаются вместе.

При проскальзывании одна часть фрикционных пакетов, связанная с одной полуосью начинает вращаться быстрее. Возникает нагрев жидкости, которая сгущается и сцепляет диски с другим вращающимся фрикционным пакетом.

Крутящий момент увеличивается и происходит блокировка, не жесткая как при полной блокировке, но все же фиксация довольно ощутимая.

Сжатие этих фрикционных дисков муфты может быть переменным и фиксированным.

Фиксированное осуществляется при помощи пружин, а переменное при помощи гидравлики или электронным управлением, управляемым с центрального блока управления этой системы.

Принудительная блокировка дифференциала

Блокировка осуществляется специальным механизмом, который сцепляет полуось с корпусом дифференциала.

Сцепляющий (расцепляющий) механизм, в виде кулачковой муфты может быть гидравлический, электрический, механический и пневматический.

Гидравлический устроен так же как тормозная система, то есть имеет главный цилиндр и рабочий. Электрический работает с помощью электродвигателя, который управляет рычагом включения-выключения.

Механический по средством троса и рычагов, а пневматический управляется через герметичный воздухопровод пневмокамерой. Управляющим элементом является кнопка на панели приборов или рычаг.

На некоторых чистых внедорожниках применяется принудительная жесткая блокировка всех дифференциалов, и межколёсных и межосевых. Это конечно жесткая нагрузка на все узлы трансмиссии, и в таком режиме постоянно эксплуатировать противопоказано, но зато такому автомобилю бездорожье непочём.

Вискомуфта (вязкостная муфта)

Как уже было описано выше, вискомуфта, это наборы фрикционных дисков, которые связаны с корпусом и с одной полуосью, вращаются на близком расстоянии друг от друга и заключены в герметичном корпусе, наполненном силиконовой жидкостью.

При вращении с разными скоростями, диски разгоняют жидкость, нагревая её, при этом повышается её вязкость и диски сжимаются приводя в действие свойства дифференциала, он блокируется.

Скорости выравниваются, жидкость восстанавливает свои свойства, диски начинают вращаться с равными скоростями.

Процесс этот происходит постоянно в зависимости от дорожных условий.

Вискомуфта устанавливается в межосевом пространстве трансмиссии и по сути, автомобиль не всегда бывает полноприводным, а только при необходимости.

Конструкционно вискомуфта применяется в работе как вместе с дифференциалом, так и самостоятельно.

Вискомуфта довольно инерционна, такова её конструкция и при бездорожье имеет место её перегрев, поэтому её все меньше применяют в автомобилестроении.

Червячный самоблокирующийся дифференциал

Это чистая механика. Конструкция так устроена, что чувствительно реагирует на разность крутящих моментов на корпусе и полуоси.

Конструкция основана на червячном планетарном принципе, редуктор которого состоит из червячных ведомых и ведущих сателлитов.

Конструкционно они могут располагаться параллельно или перпендикулярно полуосям.

Так устроен знаменитый самоблокирующися дифференциал Torsen, применяемый в системе quattro от Audi.

Секрет блокировки заключается в особенности червячной шестерни. Она вращает другие шестерни, а сама не может от них вращаться, расклинивается, как говорят.

Это свойство и поставили умные конструкторы на службу частичной блокировки дифференциала.

Этот гениальный принцип червячной шестерни намного превосходит в надежности вискомуфту и находит широкое применение.

Блокировка дифференциала заднего моста все чаще встречается с таким дифференциалом, а в основном его устанавливают межосевым.

На всём семействе классики ВАЗ (01–07) конструктивно не предусмотрено устройство для блокировки межколёсного дифференциала. Однако количество автовладельцев, желающих установить дифференциал своими руками, или приобрести отдельно не уменьшается, особенно среди любителей активного отдыха и дачников.

Рассмотрим вопрос: для чего нужен самоблокирующийся дифференциал и стоит ли его устанавливать на автомашину, в котором он изначально не предусмотрен.

Дифференциал автомобиля принцип работы

Момент передается от коробки передач на ведущую шестерню. В зависимости от компоновки привода она находится или на кардане, или на угловом редукторе. Будем рассматривать на примере заднеприводного автомобиля. Здесь она расположена в корпусе механизма.

Через нее момент передается ведомой шестеренки, которая не имеет прямой связи с осями колес. Она закреплена на подшипнике внутри кожуха агрегата. На ней закреплена шестерня сателлита, спутника, которая крутиться вместе с ведомой звездочкой и вокруг своей оси. Таких спутников может быть несколько, в зависимости от мощности, которую нужно передать. Зубья сателлита соединены с шестернями полуосей, на которых находятся колеса. Вращения передается через него на полуоси. Именно работа сателлита играет важную роль в распределении скорости вращения между осями. Существует несколько типов его работы в зависимости от направления движения авто. Рассмотрим их подробно

Прямолинейное движение

В этом случае крутящий момент равномерно передается на колеса. Шестерня «спутника» не вращается вокруг своей оси. Вращение происходит только вместе с ведомой шестеренкой в том же направление. Мощность поровну делится между ведущими колесами. Они крутятся с одинаковой скоростью.

Видео как работает дифференциал при прямолинейном движении:

Поворачиваем налево или направо

Так как скорости колес должны быть разными для лучшего и безопасного прохождения поворота, в работу вступает сателлит. Он начинает крутиться вокруг своей оси, разделяя момент между полуосями в нужных пропорциях, для обеспечения необходимых скоростей вращения колес, чтобы ни одно из них не буксовало и не тормозило.

Направление вращения сателлита вокруг себя зависит от направления поворота. Влево – крутится в одну сторону, увеличивая скорость вращения правого колеса, вправо – в другую, придавая левому больший момент.

Видео как работает дифференциал при повороте автомобиля:

Движение по поверхности с разным коэффициентом сцепления

Я думаю, вы неоднократно видела, как автомобиль, находясь на льду, или грязи одним колесом буксовал. При этом второе колесо находилось на твердой поверхности, но оно стояло, и машина не могла тронуться с места. В этом «заслуга» дифференциала.

Нажимая на педаль газа, момент передается через механизм на сателлит, который сцеплен с полуосями. Колеса находятся на разных поверхностях с разными сцепными свойствами (лед и асфальт), ведомая шестерня начинает вращать «спутник». Он своими зубьями упирается в полуоси и пытается их провернуть. Так как для вращения одного колеса, стоящего на льду сил нужно меньше, а для асфальта больше, то сателлит начинает вращаться вокруг себя в сторону колеса с хорошим сцепления, не передавая на него мощности. Вся энергия уходит на проворот колеса с меньшим сцеплением. Получается, что колесо в ледяной ловушке крутиться, буксует свободно, а колесо на асфальте спокойно стоит без движения.

Именно такой принцип работы дифференциала заставило задуматься инженеров над модернизацией механизма. Что нужно сделать, чтобы не попасть в такую ситуацию? – Правильно, нужно заблокировать сателлит от вращения вокруг своей оси. В этом случае момент будет равномерно делиться между двумя колесами и то, которое находится на жесткой поверхности (асфальте), сможет вытянуть весь автомобиль. Таким образом, люди дошли до изобретения механизма блокировки дифференциала.

Типы блокировок

Выделяют различные типы блокирования силового привода автомобиля. Если имеет место полная блокировка, то это означает полноценное сцепление различных элементов дифференциала, что позволяет перемещать полностью крутящий момент на одно из колес, имеющее максимальный зацеп.

Дифференциал

Что касается частичной блокировкой, то она предполагает ограничение передачи крутящего момента на разные полуоси с разным сцеплением.

Чтобы определить, какой момент необходим на каждое колесо, используется коэффициент блокировки. То есть, данный показатель помогает выяснить, какой крутящий момент необходимо передавать на колесо с хорошим зацепом и на то, которое прокручивается. Если коэффициент будет определяться неправильно, то это может привести к определенным поломкам.

Блокировку можно устанавливать либо на межосевых, либо на межколесных дифференциалах. Блокировать переднюю ось на полноприводной машине нет необходимости, так как это значительно снизит его управляемость на обычных дорогах.

Бывают несколько вариантов блокирования: автоматическое и принудительное. Последнее может включаться и выключаться водителем самостоятельно при необходимости, а поэтому она иногда называется ручной. В то же время автоматический вариант производится с применением определенных механизмов, которые называются самоблокирующимися дифференциалами.

Самостоятельная установка дифференциала

Блокировка дифференциала своими руками — действие, которое по силам автовладельцам, обладающим навыками автомеханика. Для этого понадобится измерительный инструмент и регулировочные кольца.

Установка выполняется в таком порядке:

• установить машину на яме;
• закрепить её домкратами;
• снять колёса;
• снять барабаны;
• полуоси открутить и достать;
• кардан открутить и достать;
• редукторы открутить и вытянуть;
• установить блокировку;
• собрать всё обратно.

Регулировка привода включения блокировки

Для установки троса привода включения надо отрегулировать рабочий ход. Блокировка дифференциалов – это единственная возможность убрать недостаток этого механизма, когда он посылает крутящий момент на «неправильные» колёса. Блокировка способна отключить способность дифференцировать его поровну, позволяя колёсам крутиться с разными скоростями. Отключение дифференциала делает рулевое управление довольно сложным и колёса получают наибольший крутящий момент. Благодаря этому в любой непростой дорожной ситуации водитель сможет переместить машину на ровную поверхность.

Принудительная блокировка дифференциала

Блокировка осуществляется специальным механизмом, который сцепляет полуось с корпусом дифференциала.

Сцепляющий (расцепляющий) механизм, в виде кулачковой муфты может быть гидравлический, электрический, механический и пневматический.

Гидравлический устроен так же как тормозная система, то есть имеет главный цилиндр и рабочий. Электрический работает с помощью электродвигателя, который управляет рычагом включения-выключения.

Механический по средством троса и рычагов, а пневматический управляется через герметичный воздухопровод пневмокамерой. Управляющим элементом является кнопка на панели приборов или рычаг.

На некоторых чистых внедорожниках применяется принудительная жесткая блокировка всех дифференциалов, и межколёсных и межосевых. Это конечно жесткая нагрузка на все узлы трансмиссии, и в таком режиме постоянно эксплуатировать противопоказано, но зато такому автомобилю бездорожье непочём.

Механизмы частичной блокировки

Частичная блокировка отличается тем, что перераспределение момента выполняется в соотношении, меняющемся от условий движения. То есть, такой механизм при потере сцепления одного из колес лишь частично его замедляет, «перебрасывая» момент на другое колесо.

Механизмы частичной блокировки могут работать как в полностью автоматическом режиме (так называемые самоблокирующиеся дифференциалы), так и с принудительным включением.

К этому типу блокировки относятся различные виды муфт:

• Повышенного трения;
• Вискомуфты;
• Электромагнитные.

Все эти муфты построены по одному принципу. Основными их рабочими элементами являются пакеты дисков. Одна часть этого пакета жестко связана с полуосью, а вторая – с корпусом дифференциала. Диски обоих пакетов чередуются между собой.

Принцип работы рассмотрим на примере муфты повышенного трения. В таком узле фрикционные диски прижаты друг к другу с определенным усилием, в одних за счет пружин, а в других за счет нажимных колец с пружинами в центре. При движении на ровном участке фрикционные пакеты вращаются с одной скоростью, поскольку моменты по колесам распределяются равномерно. Но как только одно из колес теряет сопротивление, один фрикционный пакет начинает вращаться быстрее второго. Поскольку полуосевые шестерни конусные дополнительно возникает осевая сила смещения, которая стремится их развести. А так как диски прижаты друг к другу, возникающая сила трения «притормаживает» полуось, перебрасывая момент на второе колесо.

Дифференциал повышенного трения

В вискомуфте диски механизма не контактируют между собой, но пространство между ними заполнено специальной жидкостью, у которой при перемешивании возрастает вязкость, вплоть до полного затвердевания. Несмотря на конструктивные отличия принцип действия вискомуфты не отличается от узла повышенного трения. То есть, пока нет разницы в скоростях вращения пакетов, муфта является разблокированной. А как только один из пакетов дисков начинается крутиться быстрее, вязкость жидкости возрастает, «притормаживая» ускорившийся пакет дисков, тем самым меняется распределение момента по осям.

И виско-, и муфта повышенного трения являются самоблокирующимися. А вот электромагнитная муфта может быть, как автоматической, так и с ручным управлением. Конструктивно она схожа с узлом повышенного трения, но в ней прижатие пакетов дисков осуществляется за счет магнитов. В ручном варианте при включении блокировки в муфте создается электромагнитное поле, сжимающее пакеты между собой.

Муфта повышенного трения может устанавливаться как на межколесном, так и межосевом дифференциалах в системах постоянного полного привода. Вискомуфта из-за значительных габаритов используется только между осями, а в конструкции ведущих мостов не применяется.

Электромагнитная муфта может устанавливаться как на ведущих осях, так и в качестве межосевого дифференциала системы привода с ручным и электронным управлением, поскольку позволяет делать все колеса ведущими только при надобности.

Отдельно в качестве частичной блокировки стоит упомянуть червячные автоматические дифференциалы, ярким представителем которых являются узлы Torsen. Его особенность заключается в использовании червячных шестерен в конструкции дифференциала. В червячных передачах при определенных условиях появляется эффект «расклинивания», который и использовали при создании планетарного редуктора Torsen.

У всех механизмов частичной блокировки есть один существенный недостаток – они не способы работать длительный срок с повышенной нагрузкой. Поэтому не стоит пытаться преодолеть серьезное бездорожье с ними, поскольку это приведет к поломке узлов. Частичные блокировки по большей части устанавливаются на кроссоверы.

DPS

Dual Pump System — система с двумя насосами, автоматически подключающая вторую ось, когда не хватает одной. Применяется в системах полного привода Honda. Достоинства: работает автоматически, на хорошей дороге экономит бензин. Недостатки: ограниченная проходимость, сложность, ограничения на буксировку.

Шестеренчатые самоблокирующиеся дифференциалы

Существует три типа таких дифференциалов:

• планетарные
• Quaife
• Torsen. 

Все они основаны на свойстве косозубой или червячной передачи «заклинивать» при определенном соотношении крутящих моментов. Такие дифференциалы передают большую часть крутящего момента (до 80%) небуксующему колесу. Применяются во внедорожниках и гоночных автомобилях. Недостатки: сложность; большая потеря мощности, чем у обычного дифференциала. Дифференциал типа Torsen изобретен в 1958 г. американцем Верноном Глизманом. Имеет достоинства вязкостной муфты и не имеет ее недостатков. Принцип работы основан на свойстве червячной передачи «расклиниваться». Название Torsen произошло от англ. Torque sensitive («чувствительный к крутящему моменту»). Torsen — товарный знак JTEKT Torsen North America Inc.

Разновидностей конструкций не так уж и много — можно выделить три основных:

Первый тип (T-1). Червячными парами являются шестерни ведущих полуосей и сателлиты. При этом каждая полуось имеет собственные сателлиты, которые парно связанны с сателлитами противоположной полуоси обычным прямозубым зацеплением. Следует отметить, что ось сателлита перпендикулярна полуоси. При нормальном движении и равенстве передаваемых на полуоси моментов, червячные пары «сателлит / ведущая шестерня» либо остановлены, либо проворачиваются, обеспечивая разницу угловых скоростей полуосей в повороте. Как только дифференциал пытается отдать момент на одну из полуосей, то червячную пару этой полуоси начинает расклинивать и блокировать с чашкой дифференциала, что приводит к частичной блокировке дифференциала. Данная конструкция работает в самом большом диапазоне отношений крутящего момента — от 2,5/1 до 5,0/1, то есть является самой мощной в серии. Диапазон срабатывания регулируется углом наклона зубцов червяка. Рис.10 Рис.11Второй тип (T-2). Автором этого типа является англичанин Rod Quaife В данном случае, оси сателлитов параллельны полуосям. Сателлиты расположены в своеобразных карманах чашки дифференциала. При этом парные сателлиты имеют косозубое зацепление, которое расклиниваясь, так же участвует в процессе блокировки. Подобное устройство имеет и дифференциал TrueTrac компании EATON. Даже у нас в России появилось производство аналогичных дифференциалов под отечественные автомобили УАЗ и т. д. Рис.12 Рис.13Третий тип (Т-3). Планетарная структура конструкции позволяет сместить номинальное распределение момента в пользу одной из осей. Срабатывание частичной блокировки происходит при 20–30% разнице в передаваемых на оси моментах. Подобная структура дифференциала делает его компактным, что в свою очередь, упрощает конструкцию и улучшает компоновку раздаточной коробки. Рис.14 В отличие от других конструкций, датчики вращающего момента работают практически в любых условиях. Даже если колеса вращаются с различными скоростями (поворот, прохождение через ухабы), они тем не менее всегда получают вращающий момент основанный на сцеплении. Рис.15 В целом, смещение номинального распределения момента между осями возможно в диапазоне от 65/35 до 35/65. Срабатывание частичной блокировки происходит при 20–30% разнице в передаваемых на оси моментах. Так же, подобная структура дифференциала делает его компактным, что в свою очередь, упрощает конструкцию и улучшает компоновку раздаточной коробки. Вышеописанные torque sensitive дифференциалы очень популярны в автоспорте. Более того, многие производители устанавливают такие дифференциалы на свои модели штатно, как в качестве межосевых, так и межколесных дифференциалов. Например, Тойота устанавливает такие дифференциалы как на легковые автомобили (Supra, Celica, Rav4, Lexus IS300, RX300 и. т. д), так и на внедорожники (4Runner / Hilux Surf, Land-Cruiser, Mega-Cruiser, Lexus GX470) и автобусы (Coaster Mini-Bus). Данные дифференциалы не требуют применения специальных присадок к маслу (в отличие от friction-based дифференциалов), однако лучше использовать качественное масло для нагруженных гипоидных передач. Не ниже API GL-5.

Похожие записи:

Уникальные прототипы газа пылятся в секретном ангаре (фото) Какой 7-местный недорогой автомобиль выбрать для семьи Фольксваген туарег volkswagen touareg Audi q3 и rs q3: три раза ку Популярные отзывы владельцев ford escape от 2.3 л., бензин, автомат с фото Mitsubishi pajero 3.0 at intense (09.2011 — 08.2014) — технические характеристики