Как работает самоблокирующийся дифференциал видео

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

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.

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?

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.

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.

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.

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.

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.

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.

На своем месте

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.

Суть работы блокировок дифференциала

По своей сути дифференциал представляет собой элемент перераспределения крутящего момента, поступающего от одного источника (двигателя) к двум независимым друг от друга потребителям (ведущим колесам), с возможностью задания им разных угловых скоростей вращения. Это требуется для того, чтобы не возникало проблем с управлением машиной при совершении маневров (поворотов, перестроений). Но зачем нужна блокировка дифференциала, если он выполняет такую важную функцию?

Дело в том, что дифференциал просто необходим для городского режима, но стоит автомобилю попасть в условия бездорожья – ситуация меняется. Его принцип работы приносит больше вреда, чем пользы.

Дифференциал на сложных участках дороги становится серьезной проблемой для водителя, так как он вкладывает все усилие двигателя именно в то колесо, которое имеет меньшее сопротивление при движении. Поэтому, если какое-то из ведущих колес начинает пробуксовывать, то дифференциал вместо того чтобы передать крутящий момент на шину, которая находится на твердом покрытии, вкладывает всю его величину в буксующее колесо. В результате чего автомобиль вовсе оказывается обездвиженным. Поэтому, чтобы заставить дифференциал не мешать движению машины по неровностям дороги, были разработаны различные виды его блокировки. Рассмотрим принцип их работы.

Полная блокировка

Во время полной блокировки дифференциала он прекращает работать, преобразуясь в обычную муфту, которая соединяет между собой полуоси или оси заднего и переднего мостов (зависит от того, где муфта установлена). Следовательно, крутящий момент на обеих полуосях или мостах будет иметь одинаковую величину, а соответственно и скорость вращения колес тоже будет одинаковой при любой дорожной ситуации.

Для блокировки дифференциала классического типа можно жестко соединить одну из полуосей с его корпусом (чашкой) либо не давать вращаться независимым шестерням (сателлитам), через которые чашка дифа передает на полуоси вращательные усилия. Реализуется такая блокировка при помощи привода, который может быть: электрическим, гидравлическим, пневматическим или ручным.

При полной блокировке на ее механизм действует прямое усилие от двигателя, которое при значительном крутящем моменте способно вывести из строя не только сам механизм блокирования, но и сломать в автомобиле полуось. Поэтому пользоваться такого вида блокировкой нужно очень аккуратно: включать только после остановки машины, двигаться на малой скорости и выключать после того, как проблемный участок дороги будет преодолен.

Как правило, полная блокировка межосевого дифференциала применяется в рамных внедорожниках, которые предназначены для особо трудных по проходимости участков местности. Также такие внедорожники оборудуются блокировкой межколесных дифференциалов переднего и заднего мостов.

Наряду с полной блокировкой, в автомобиле широко применяется и частичная (автоматическая). В свою очередь, дифференциалы с автоматической блокировкой делятся на следующие типы:

Автоматическая блокировка с применением вязкостной муфты (жидкостная муфта)

Вязкостная муфта (вискомуфта) – это механическое устройство, обеспечивающее передачу крутящего момента посредством использования вязкостных свойств специальной жидкости. Конструкция устройства представляет собой несколько пластин, насаженных на ведущий и ведомый валы, которые вращаются в корпусе, заполненном жидкостью. Жидкость имеет способность при определенных условиях менять свои вязкостные свойства. До тех пор пока пластины обладают одинаковой скоростью вращения, это вещество имеет жидкую консистенцию. Как только в значениях скоростей вращения валов появляется разница, жидкость быстро густеет, передавая крутящий момент с ведущего на ведомый вал. Благодаря таким свойствам, вискомуфта часто используется как самоблокирующийся межосевой дифференциал в автомобиле, оборудованном полным приводом. Иными словами, при обычном режиме работает один привод, но как только его колеса начинают проскальзывать, вискомуфта подключает второй привод.

Недостатком такой блокировки является то, что на изменение свойств жидкости требуется время, которого при преодолении серьезных препятствий просто нет. Поэтому такой вид самоблока преимущественно устанавливают на автомобилях, не покидающих городские дороги.

Дисковый фрикционный самоблок

Работа самоблокирующегося дифференциала этого типа основана на использовании сил трения. Своим устройством дисковый дифференциал практически не отличается от классических механизмов. Разница состоит в том, что в его устройство добавлены два пакета с фрикционными дисками и распорной пружиной, обеспечивающей необходимую величину сжатия. Часть дисков из пакета жестко фиксируются на полуось, другая на чашку дифференциала. При синхронном вращении ведущих полуосей все диски вращаются вместе, составляя одно целое. При появлении даже незначительной разницы в скоростях, соотношение вращения дисков тоже меняется. Вызванным между ними трение, фрикционы притормаживаются, разница выравнивается, происходит частичная блокировка дифференциала. Основной недостаток самоблока с фрикционными дисками заключается в их сравнительно быстром износе.

Героторный самоблок

По своей сути это разновидность дисковых самоблокирующихся дифференциалов. В конструкцию дифференциала установлен героторный масляный насос и поршень. Роль ротора насоса выполняет одна из полуосей, корпус – другая полуось. Величина нагнетаемого давления масла зависит от разности скоростей вращения колес. Если таковая появилась, то давление масла начинает возрастать, толкая поршень. Под действием давления он сжимает диски, установленные во фрикционную муфту. Сила трения между дисками возрастает, в результате чего происходит блокировка дифференциала.

Червячный дифференциал

Как уже становится понятным из названия, основу такого дифференциала составляет принцип работы червячной передачи. Торсен и Квайф, пожалуй, являются самыми распространенными представителями данного вида механизмов.

В основе червячной передачи лежат два элемента: червяк и червячное колесо. В дифференциале червяк (он же сателлит) представляет собой ведущий элемент. Колесо, оно же шестерня полуоси, соответственно – ведомое. Червячная передача устроена так, что червяк может легко вращать червячное колесо, а вот при обратном действии происходит блокирование, то есть колесо не может провернуть червяка.

Таким образом, величина усилия блокировки дифференциала Торсен устанавливается подбором величин углов наклона витков сателита. Чем меньше величина, тем выше будет скорость вращения. Кроме того, степень блокирования такого устройства зависит и от изменения величины крутящего момента.

Дифференциалы Торсен делятся на три вида: Тип1, Тип2 и Тип3. Тип1 и Тип2 отличаются друг от друга формой червяков. Их используют в качестве межколесных устройств. Тип3 предназначен для автомобилей оборудованных полным приводом, устанавливается между мостами.

Конструкция дифференциала Квайф довольно оригинальна. В ней сателлиты не имеют осей вращения, а просто свободно располагаются в специальных ложах корпуса. При возникновении разницы в скоростях вращения полуосей, сателлиты блокируются и сдвигаются в сторону корпуса, прижимаясь к нему. Величина силы трения, которая при этом возникает, имеет значение пропорциональное разнице между скоростями вращения колес. Степень блокирования в Квайф, также как и в Торсен, подбирается установкой сателлитов с разным углом наклона их витков.

Дифференциал, имеющий электронное управление

Данный вид представляет собой классическую модель дифференциала, дополненную двумя передачами. Управление ими осуществляется при помощи двух приводов – гидравлического и электрического. Приводы включает и отключает бортовой компьютер, установленный в автомобиле. Конечно, такой механизм считается самым практичным, но он же является и самым дорогим.

И в заключение хотелось бы упомянуть о системе, которая не блокирует дифференциал, а лишь имитирует блокировку. Принцип работы такой системы прост и очень практичен, поэтому хорошо подходит для городских автомобилей. Заключается он в том, что при появлении пробуксовки на каком-то из ведущих колес, штатная тормозная система начинает его подтормаживать. Соответственно, дифференциал увеличивает величину крутящего момента на колесе, имеющем меньшее сопротивление. Создается эффект блокировки. Все просто до гениальности.

Самоблокирующийся дифференциал

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

Самоблокирующийся дифференциал: как работает?

Термин «блокировка дифференциала», или «самоблокирующейся дифференциал» (самоблок), слышали многие автомобилисты, а вот как этот процесс выглядит на практике, знают лишь некоторые. И если раньше такой «опцией» автопроизводители оборудовали преимущественно внедорожники, то сейчас ее можно встретить и на вполне городском автомобиле. Кроме того, зачастую владельцы машин не оборудованных самоблоками, поняв, какую пользу они приносят, устанавливают их самостоятельно.

Но прежде чем разбираться с тем, как работает самоблокирующийся дифференциал, нужно понять, как он функционирует без блокировки.

Что такое дифференциал

Дифференциал (дифф) по праву можно считать одним из главных элементов конструкции трансмиссии автомобиля. С его помощью происходит передача, изменение, а также распределение выдаваемого двигателем крутящего момента между парой потребителей: колесами, расположенными на одной оси машины или же между ее мостами. Причем сила потока распределяемой энергии при необходимости может быть различной, а значит, и скорость вращения колес – разной.

В трансмиссии автомобиля дифф может быть установлен: в картере заднего моста, КПП и в раздаточной коробке, в зависимости от устройства привода(ов).

Те диффы, которые установлены в мосту или КПП, называются межколесными, а который находится между осями машины, соответственно – межосевым.

Назначение дифференциала

Как известно, автомобиль во время движения совершает различные маневры: повороты, перестроения, обгоны и т. д. Кроме того, поверхность дороги может содержать неровности, а это значит, что колеса автомобиля, в зависимости от ситуации, в одно и то же время могут проходить различное расстояние. Поэтому, например, при повороте, если скорость вращения колес на оси будет одинаковой, то одно из них неминуемо станет пробуксовывать, что приведет к ускоренному износу покрышек. Но это не самое страшное. Гораздо хуже то, что у транспортного средства значительно снижается управляемость.

Вот для решения подобных проблем и придумали дифференциал – механизм, который будет перераспределять энергию, поступающую от двигателя, между осями автомобиля в соответствии с величиной сопротивления качению: чем оно меньше, тем больше будет скорость вращения колеса, и наоборот.

Механизм дифференциала

На сегодняшний день существует множество разновидностей диффов, и их устройство довольно сложное. Однако принцип работы в целом одинаков, поэтому будет проще для понимания рассмотреть самый простой тип – открытый дифференциал, который состоит из следующих элементов:

1. Шестеренок, закрепленных на полуосях.
2. Ведомой (коронной) шестерни, выполненной в виде усеченного конуса.
3. Ведущей шестерни, закрепленной на конце ведущего вала, которая в совокупности с коронной образует главную передачу. Так как ведомая шестерня по размерам больше ведущей, то последней придется сделать несколько оборотов вокруг своей оси, прежде чем коронная выполнит только один. Следовательно, именно эти два элемента дифференциала снижают величину энергии (скорости), которая в итоге дойдет до колес.
4. Сателлитов, которые образуют планетарный механизм, играющий ключевую роль в обеспечении необходимой разности в скорости вращения колес.
5. Корпуса.

Как работает дифференциал

Во время прямолинейного движения автомобиля его полуоси, а значит, и колеса, вращаются с такой же скоростью, как и ведущий вал со своей косозубой шестерней. Но во время поворота воздействующая нагрузка на колеса становится различной (одно из них пытается крутиться быстрей), и за счет этой разницы освобождаются сателлиты. Теперь энергия двигателя проходит через них, а так как пара сателлитов – это две отдельные, независимые шестерни, то к полуосям передается разная по величине частота вращения. Таким образом, мощность, вырабатываемая двигателем, распределяется между колесами, но неравномерно, а в зависимости от действующей на них нагрузки: то, что двигается по внешнему радиусу, испытывает меньшее сопротивление качению, поэтому дифф передает на него больше энергии, раскручивая быстрее.

Разницы в том, как работает межосевой дифференциал и межколесный, нет: принцип действия аналогичен, только в первом случае распределенный крутящий момент направлен к осям автомобиля, а во втором – к его колесам, расположенным на одной оси.

Потребность в межосевом диффе особенно становится заметна во время движения машины по пересеченной местности, когда ее вес давит на ту ось, которая находится ниже другой, например, на подъеме или спуске.

Проблема дифференциала

Несмотря на то что дифференциал, безусловно, играет большую роль в конструкции автомобиля, его работа иногда создает проблемы для водителя. А именно: когда одно из колес оказывается на скользком участке дороги (грязи, льду или снегу), то другое, находящееся на более твердом грунте, начинает испытывать повышенную нагрузку, дифф старается это исправить, перенаправляет энергию двигателя на скользящее колесо. Таким образом, выходит, что оно получает максимальное вращение, в то время как другое, имеющее плотное сцепление с грунтом, попросту остается неподвижным.

Вот именно для решения подобных проблем была придумана блокировка (отключение) дифференциала.

Принцип блокировки и ее виды

Поняв принцип работы дифференциала, можно заключить, что если заблокировать его, то увеличится крутящий момент на том колесе или оси, которое имеет лучшее сцепление. Это можно сделать, если соединить его корпус с одной из двух полуосей или же остановить вращение сателлитов.

Блокировка может быть полной – когда части дифференциала соединяются жестко. Осуществляется, как правило, при помощи кулачковой муфты и управляется водителем через специальный привод из кабины автомобиля. Или же она может быть частичной, в этом случае на колеса передается только ограниченное усилие – так работает самоблокирующийся дифференциал, которому участие человека не требуется.

Как работает самоблокирующийся дифференциал

Самоблокирующийся дифференциал, по сути, представляет собой компромисс между полным блоком и свободным диффом и позволяет снизить пробуксовку колес машины в случае возникновения между ними разницы в коэффициенте сцепления с грунтом. Таким образом, значительно повышается проходимость, управляемость на бездорожье, а также динамика разгона автомобиля, причем независимо от качества дороги.

Самоблок исключает полную блокировку колес, что защищает полуоси от критических нагрузок, которые могут возникнуть на дифференциалах с принудительным выключением.

Блокировка с полуосей снимается автоматически, если при прямолинейном движении скорости вращения колес выравнивается.

Самые распространенные типы самоблоков

Дисковый самоблок – это набор фрикционных (трущихся) дисков, установленных между корпусом диффа и шестерней полуоси.

Понять, как работает дифференциал с таким блоком, несложно: пока машина едет по прямой, корпус диффа и обе полуоси крутятся вместе, как только в скоростях вращения появляется разница (колесо попало на скользкий участок), между дисками возникает трение, снижающее ее. То есть колесо, оставшееся на твердом грунте, продолжит вращаться, а не остановится, как в случае свободного дифференциала.

Вискомуфта, или иначе вязкостная муфта, так же как и предыдущий дифф, содержит два пакета дисков, только на этот раз перфорированных, установленных между собой с небольшим зазором. Одна часть дисков имеет сцепление с корпусом, другая – с валом привода.

Диски, помещены в емкость, заполненную кремнийорганической жидкостью, которая при равномерном их вращении остается в неизменном состоянии. Как только между пакетами появляется отличие в скорости, жидкость начинает быстро и сильно густеть. Между перфорированными поверхностями возникает сопротивление. Чересчур раскрутившийся пакет таким образом притормаживается, и скорость вращения выравнивается.

Зубчатый (винтовой, червячный) самоблок. Его работа базируется на способности червячной пары расклиниваться и тем самым блокировать полуоси при возникновении на них разницы в крутящих моментах.

Кулачковый самоблок. Чтобы понять, как работает дифференциал такого типа, достаточно представить открытый дифф, в котором вместо планетарного шестеренчатого механизма установлены зубчатые (кулачковые) пары. Кулачки проворачиваются (перескакивают), когда скорости вращения колес практически одинаковы, и жестко блокируются (заклиниваются), как только какое-то из них начинает пробуксовывать.

Разницы в том, как работает блокировка межосевого дифференциала и межколесного, нет – принцип действия одинаков, отличия только в конечных точках: в первом случае – два моста, во втором – два колеса, установленных на одной оси.

Отечественная «Нива» и ее дифференциалы

В линейке отечественных ВАЗов «Нива» занимает особенное место: в отличие от своих «родственников» по конвейеру, эта машина оборудована не выключаемым полным приводом.

В трансмиссии ВАЗовского внедорожника установлено три дифференциала: межколесные – в каждом мосту, и межосевой – в раздатке. Несмотря на такое количество, разбираться заново в том, как работают дифференциалы на «Ниве», не придется. Все точно так же, как описывалось выше. То есть, во время прямолинейного движения машины, при условии отсутствия пробуксовок на колесах, тяговое усилие между ними распределено равномерно и имеет одинаковую величину. Когда какое-то из колес начинает буксовать, то вся энергия от двигателя, пройдя через диффы, направляется к этому колесу.

Блокировка дифференциалов «Нивы»

Прежде чем говорить о том, как работает блокировка дифференциалов на «Ниве», следует отметить один момент, а именно уточнить назначение передней (маленькой) ручки раздаточной коробки.

Некоторые водители полагают, что с ее помощью у машины включается передний привод – это не так: и передний, и задний приводы у «Нивы» задействованы всегда, а этой ручкой осуществляется управление дифференциалом раздатки. То есть пока она установлена в положении «вперед», дифф работает в штатном режиме, а когда «назад» – отключается.

А теперь непосредственно о блокировке: при выключении дифференциала валы раздаточной коробки замыкаются между собой муфтой, тем самым принудительно выравнивая скорости их вращения, то есть суммарная скорость колес передней оси приравнивается к суммарной скорости задней. Распределение тяги происходит в сторону большего сопротивления. Допустим, буксует заднее колесо, если включить блокировку, тяговое усилие уйдет на переднюю ось, колеса которой вытянут машину, но если одновременно с задним забуксует и переднее колесо, то самостоятельно «Нива» уже не выберется.

Чтобы такого не случалось, автолюбители в мосты устанавливают самоблоки, которые помогут вытянуть застрявшую машину. На сегодняшний день самым популярным среди владельцев «Нивы» является дифференциал Нестерова.

Самоблок Нестерова

Именно в том, как работает дифференциал Нестерова, и заключен секрет его популярности.

Конструкция дифа позволяет не только оптимально регулировать угловую скорость колес машины при совершении маневров, но и в случае пробуксовок или вывешивании колеса устройство отдает ему минимальное количество энергии от двигателя. Причем реакция самоблока на изменение дорожной ситуации практически мгновенная. Кроме того, дифференциал Нестерова значительно улучшает управляемость машины даже на скользких поворотах, повышает курсовую устойчивость, повышает динамику разгона (особенно в зимний период), снижает расход горючего. А монтаж устройства не требует никаких изменений в конструкции трансмиссии и устанавливается точно так же, как классический дифф.

Дифференциал нашел применение не только в автомобильной технике, он оказался весьма полезен и на мотоблоках, значительно облегчив жизнь его владельцам.

Дифференциал для мотоблока

Мотоблок – агрегат довольно тяжелый, и, чтобы его просто повернуть, требуется немало усилий, а при нерегулируемой угловой скорости вращения колес это становится еще сложнее. Поэтому владельцы этих машин, если диффы не предусматривались изначально конструкцией, приобретают и устанавливают их самостоятельно.

Как работает дифференциал мотоблока? По сути, он лишь обеспечивает легкий разворот машины, останавливая одно из колес.

Другая его функция никак не связанная с перераспределением мощности – это увеличение базы колес. Конструкция дифференциала предусматривает его использование как удлинителя осей, что делает мотоблок более маневренным и устойчивым к опрокидываниям, особенно на поворотах.

Словом, дифференциал – вещь весьма полезная и незаменимая, а его блокировка в разы повышает проходимость автомобиля.

Источники:

http://1gai.ru/publ/519054-kak-rabotaet-samoblokiruyuschiysya-differencial-i-kak-on-vliyaet-na-upravlyaemost-avtomobilya.html
http://www.zr.ru/content/articles/907515-differentsialnoe-uravnenie/
http://autolirika.ru/teoriya/blokirovka-differenciala.html
http://vipwash.ru/podveska/samoblokiruyushchiysya-differencial
http://fb.ru/article/321970/samoblokiruyuschiysya-differentsial-kak-rabotaet