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

Содержание

Что такое самоблок

21.02.2017 08:00

Что такое самоблокирующийся червячный дифференциал?

 самоблокирующийся дифференциал 

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.

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).

Возвращаясь к вышеописанному проблемному свойству планетарного механизма, интересно рассмотреть ситуацию, когда полноприводный автомобиль с межосевым дифференциалом одним из четырёх колёс попал на тот же лёд (или в скользкую яму). Что тогда произойдёт ? Дифференциал моста, колесо которого находится на льду, отдаст весь полученный крутящий момент на это колесо. Межосевой дифференциал, в свою очередь, тоже стремится передать крутящий момент туда, куда легче. Естественно, межосевому дифференциалу легче отдать момент на мост с прокручивающимся на льду колесом, нежели чем на мост, колёса которого имеют хорошее сцепление с дорогой и могут двигать автомобиль. В результате, весь крутящий момент от двигателя и коробки передач пойдёт на раскручивание единственного колеса, находящегося на льду. Остальные три колеса остановятся и не будут получать никакого крутящего момента от дифференциалов. Итог: из четырёх ведущих колёс осталось только одно, которое проскальзывает на льду — полноприводный автомобиль «застрял». Как же заставить дифференциалы передавать крутящий момент на колёса с более хорошим дорожным сцеплением? Для этого были разработаны различные способы частичной и полной, ручной и автоматической блокировки дифференциалов, которые будут рассмотрены ниже.

Основной целью блокировки дифференциала является передача необходимого крутящего момента обоим его потребителям (полуосям или карданам). Существуют принципиально разные методы решения данной задачи. 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»

самоблокирующийся дифференциал 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

как работает самоблок

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:

  • GREAT WALL
  • ISUZU
  • MITSUBISHI
  • TOYOTA
    • LandCruiser 71, 76, 78, 79, 100, 105 Series, Lexus LX470
    • LandCruiser Prado, 90, 120, 150 series, Lexus GX
    • LandCruiser Prado 120, 150 series, Lexus GX
    • Bundera, LendCruiser II, LJ70, RJ70
    • HiLux Surf, Pickup, Hiace, 4Runner
    • 4Runner, LN61, YN63
    • T100, Tacoma, Tundra
    • FJ Cruiser (US)

Дифференциал самоблокирующийся: установка :: SYL.ru

Основной особенностью работы стандартного дифференциала является то, что в случае пробуксовки ведущей оси на другое колесо начинает передаваться крутящий момент, которого не хватает для нормального движения. Дифференциал самоблокирующийся используется для того, чтобы повысить крутящий момент на колесе, обеспечивая более эффективное сцепление.

Как его сделать?

дифференциал самоблокирующийся

Для блокировки дифференциала нужно совершить одно из двух действий:

  • Объединить его корпус с одной из полуосей.
  • Ограничить возможность вращения сателлитов.

Каким он бывает?

В зависимости от того, какой именно изготавливается дифференциал самоблокирующийся, он подразделяется на полностью или частично блокированный. Полная блокировка предусматривает достаточно жесткое соединение различных частей этого элемента, при котором крутящий момент в случае необходимости всецело передается на колесо с более эффективным сцеплением.

Дифференциал самоблокирующийся частично отличается тем, что у него присутствует ограниченное количество передаваемого усилия между несколькими частями, и в соответствии с этим увеличивается крутящий момент непосредственно на том колесе, у которого присутствует более эффективное сцепление.

Коэффициент блокировки

 самоблокирующийся дифференциал

Коэффициент блокировки – это величина, которая определяет повышение крутящего момента, присутствующего на свободном колесе. Данный показатель устанавливает отношение крутящего момента колеса с отставанием к такому же показателю на забегающем колесе. Для симметричного элемента коэффициент блокировки всегда составляет 1 по той причине, что крутящие моменты каждого из колес являются равными. В то же время дифференциал блокирующий имеет значение этого коэффициента на уровне около 3-5, причем дальнейшее увеличение является нежелательным, потому что может спровоцировать поломку различных элементов трансмиссии.

Блокировка часто используется как на межосевых, так и на межколесных устройствах. Стоит отметить, что передний самоблокирующийся дифференциал на «Ниву» и другие в полноприводные автомобили редко когда используется, так как он снижает управляемость.

Автоматика или нет

Сама блокировка может проводиться как автоматически, так и принудительно. В случае принудительной блокировки водитель должен подать команду, вследствие чего она и получила название ручной. В то же время автоматическая блокировка осуществляется при помощи специализированных технических устройств, которые и получили название «самоблокирующийся дифференциал».

Принудительный

самоблокирующийся дифференциал на ниву

Ручная блокировка в преимущественном большинстве случаев осуществляется при помощи кулачковой муфты, посредством которой можно добиться достаточно жесткого соединения между корпусом дифференциала и полуосью. Замыкание или же размыкание в данном случае осуществляется при помощи электрического, механического, пневматического или гидравлического привода.

В механическом приводе объединяются рычаг и тросы или же целая система специальных рычагов. В данном случае самоблокирующийся дифференциал не используется, а вместо него водитель осуществляет все процедуры самостоятельно посредством перемещения рычага в нужное положение на абсолютно неподвижном автомобиле.

Гидравлический привод

Использование гидравлического привода блокировки предусматривает использование главного и нескольких рабочих цилиндров, в то время как исполнительным элементом здесь выступает пневмоцилиндр. Если рассматривается электрический привод, то для замыкания муфты в нем применяется специальный электродвигатель. Сама же блокировка включается посредством нажатия определенной кнопки, находящейся на приборной панели.

Использование жесткой принудительной блокировки часто используется тогда, когда автомобиль должен преодолевать какие-либо труднопроходимые участки, а после их прохождения его моментально выключают. Часто его могут устанавливать (если не используется самоблокирующийся дифференциал) на «Ниву», а также другие полноприводные автомобили.

Самоблокирующийся

самоблокирующиеся дифференциалы на уаз

Такой дифференциал, по своей сути, представляет промежуточное устройство между полной блокировкой и абсолютно свободным дифференциалом, потому что с его помощью можно в случае необходимости реализовать основные возможности и того, и другого.

Самоблокирующиеся дифференциалы на УАЗ и другие отечественные автомобили устанавливаются двух типов:

  • Блокирующийся от разницы между крутящими моментами.
  • Блокирующийся от разницы между угловыми скоростями колес.

Последний тип включает в себя дисковый, с вязкостной муфтой, а также дифференциал с системой электронного блокирования. От разницы между крутящими моментами блокируются так называемые червячные самоблокирующиеся дифференциалы. На УАЗ и другие автомобили устройства устанавливаются ситуативно под особенности эксплуатации каждого отдельного авто.

Дисковый

Дисковый дифференциал – это симметричное устройство, в конструкцию которого входит один или же одновременно несколько пакетов фрикционных дисков, при этом стоит отметить, что определенная часть дисков имеет жесткую связь с корпусом самого элемента, в то время как другая часть объединена с полуосью.

Основной принцип действия, который имеет дисковый дифференциал увеличенного трения, использует в качестве основы силу трения, которая появляется из-за разницы скоростей вращения установленных полуосей.

Если присутствует прямолинейное движение, при этом корпус дифференциала и корпус полуоси вращаются с абсолютно одинаковой скоростью, пакет фрикционных дисков начинает вращаться как единое целое. Если же увеличивается частота вращения какой-либо одной из используемых полуосей, то в таком случае соответствующая ей часть дисков, установленная в пакете, будет уже вращаться с более высокой скоростью. При этом между несколькими дисками образуется сила трения, которая исключает возможность повышения частоты вращения. Таким образом, крутящий момент на полностью свободном колесе растет, чем и обеспечивается частичная блокировка устройства.

В зависимости от того, как именно изготавливался самоблокирующийся дифференциал (своими руками или на производстве) степень сжатия дисков может быть переменной или же фиксированной.

Дисковый дифференциал типа LSD используется в качестве межколесного в различных спортивных автомобилях, а также часто встречается в качестве межосевого в машинах, отличающихся повышенной проходимостью. Также редко можно встретить такой самоблокирующийся дифференциал на ВАЗ-2107.

Вязкостная муфта

самоблокирующийся дифференциал на ваз 2107

Вязкостная муфта представляет собой определенный комплект нескольких близко расположенных между собой перфорированных дисков, некоторые из которых объединяются с корпусом дифференциала, в то время как вторая часть соединяется с приводным валом. Диски размещаются в абсолютно герметичном корпусе, который заполняется специализированной силиконовой жидкостью высокой вязкости.

В процессе вращения корпуса дифференциала и приводного вала с одинаковой скоростью данный блок начинает вращаться как единое целое. Если же увеличивается скорость вращения вала, то в таком случае часть дисков, которая ему соответствует, также увеличивает свою скорость, перемешивая таким образом силиконовую жидкость. В связи с этим жидкость твердеет и осуществляется блокирование. В то же время на другом валу увеличивается крутящий момент, и когда равенство полностью восстанавливается, жидкость утрачивает свои свойства, вследствие чего муфта вновь переходит в разблокированное состояние.

В связи с тем, что вискомуфта имеет достаточно большие геометрические размеры, ее часто используют для того, чтобы установить межосевой самоблокирующийся дифференциал на ВАЗ-2107. Также ее использование может осуществляться абсолютно самостоятельно в различных системах полного привода, которые подключаются автоматически.

Из-за особенностей своей конструкции у вискомуфты присутствует определенная инерционность, а также она является склонной к нагреву и в случае торможения может конфликтовать с антиблокировочной тормозной системой, вследствие чего на сегодняшний день ее практически не устанавливают на современные автомобили.

Червячный

В последнее время часто устанавливается червячный самоблокирующийся дифференциал на «Ниву-Шевроле» и другие подобные автомобили. При помощи такого элемента обеспечивается полностью автоматическая блокировка в зависимости от разницы между крутящими моментами на полуоси и корпусе. В том случае, если колесо проскальзывает, и при этом снижается крутящий момент, дифференциал начинает блокироваться, вследствие чего крутящий момент передается на другое колесо. При этом стоит отметить, что блокировка является частичной, а ее степень непосредственно зависит от того, насколько сильно упал крутящий момент.

Главной особенностью червячной шестерни можно назвать то, что она может заставлять вращаться также другие шестерни, в то время как ее они раскручивать не могут. При этом стоит отметить, что червячная шестерня способна расклиниваться, и именно это свойство используется для того, чтобы частично заблокировать самоблокирующийся дифференциал. Отзывы пользователей наиболее лестно отмечают устройства Qualife и Torsen.

Как устанавливать?

самоблокирующийся дифференциал своими руками

Установка дифференциала может осуществляться самостоятельно или с помощью специалистов, но самостоятельную установку проводить следует только в том случае, если есть все соответствующие инструменты, а также определенные навыки работы с ними. Если вы все-таки решили, что можете установить самоблокирующийся дифференциал на «Ниву-Шевроле» или любой другой автомобиль самостоятельно, вам нужно будет придерживаться несложной инструкции. Стоит отметить, что инструкция является актуальной для преимущественного большинства автомобилей, поэтому рекомендуется всецело ей следовать.

Инструкция

Установка самоблокирующегося дифференциала осуществляется следующим образом:

  1. Первоначально напрессуйте внутренние кольца подшипников на все шейки собранного устройства таким образом, чтобы между торцами внутренних колец подшипников, а также торцами коробки саттелитов присутствовал зазор приблизительно 3,5-4 мм.
  2. Самоблокирующийся дифференциал своими руками устанавливается в сборе в кратер, после чего устанавливается прокладка, а также крышка картера. При помощи гаек и болтов нужно максимально равномерно объединить между собой половины моста.
  3. Заново открутите болты, снимите крышку, достаньте дифференциал и при помощи щупа проведите замер зазоров между торцами коробки саттелитов и внутренних колец подшипников.
  4. Нужно выбрать подходящий комплект прокладок под ваш винтовой самоблокирующийся дифференциал, при этом важно максимально правильно рассчитать их толщину по следующей формуле: S = A + B + 0,1. В данном случае S – это непосредственно сама толщина прокладок, в то время как А и В – это зазоры между торцами коробки сателлитов и внутренних колец подшипников.
  5. Теперь внутренние кольца подшипников дифференциала полностью снимаются. Подобранный пакет прокладок разделяется приблизительно пополам, после чего прокладки устанавливаются непосредственно на шейки коробки саттелитов, а также до упора напрессовываются внутренние кольца подшипников.

Как осуществляется регулировка?

 самоблокирующийся дифференциал на ниву шевроле

Если вами устанавливался самоблокирующийся дифференциал на ВАЗ или другие отечественные автомобили, можно произвести регулировку бокового зазора шестерен следующим образом:

  • В картере устанавливается дифференциал в сборе с отрегулированными подшипниками.
  • Далее осуществляется монтаж прокладки непосредственно на плоскость разъема картера, после чего картер закрывается крышкой и надежно закрепляется с помощью болтов.
  • Осуществляется замер бокового зазора между зубьями ведомой и ведущей шестерен, который должен иметь значение на уровне 0,2-0,6 мм. Замер в обязательном порядке должен осуществляться на фланце ведущей шестерни, и проводить его нужно на радиусе 40 мм. Боковой зазор должен регулироваться путем перестановки нескольких прокладок с одной стороны коробки на другую. В том случае, если прокладки снимаются со стороны ведомой шестерни, то в таком случае зазор в зацеплении должен быть увеличенным, а если же прибавляете, то он уменьшается.
  • Прокладки должны переставляться без изменения их количества, так как в противном случае могут появиться всевозможные нарушения натяга подшипников дифференциала.
  • Тщательно проверьте зацепление шестерен по всему пятну контакта.

Таким образом, вы не только установите, но и нормально отрегулируете дифференциал самоблокирующийся, обеспечив его нормальную работу.

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.

Самоблокирующиеся дифференциалы автомобилей.


Самоблокирующиеся дифференциалы




Один из главных недостатков конических дифференциалов – ухудшение проходимости автомобиля из-за вероятности пробуксовки ведущих колес, когда левое и правое колеса перемещаются по участкам дорожного покрытия с разными сцепными свойствами. Принудительная жесткая блокировка дифференциала, применяемая в конструкции многих автомобилей, не лишена недостатков, которые подробнее описаны здесь, поэтому в конструкции трансмиссии современных автомобилей, предназначенных для движения по неблагоприятным дорогам, часто используют дифференциалы, автоматически распределяющие крутящий момент между полуосями ведущего моста в зависимости от дорожных условий.
Такие дифференциалы называют самоблокирующимися.

Самоблокирующиеся дифференциалы позволяют частично устранить пробуксовку при разных коэффициентах сцепления колес автомобиля, повышают проходимость автомобиля и его управляемость при движении по плохим дорогам, улучшают динамику разгона автомобиля на дорогах с любым покрытием, не требуют дополнительных усилий от водителя (название «самоблокирующийся» говорит само за себя) и взаимозаменяемы со стандартными дифференциалами.
Полной блокировки колес в таких дифференциалах не наступает, поэтому нагрузки на полуоси не столь критичные, как у дифференциалов с принудительной блокировкой.
Самоблокирующиеся дифференциалы автоматически снимают блокировку полуосей при сбросе газа при прямолинейном движении, когда выравниваются скорости полуосей.
Самоблокирующиеся дифференциалы не лишены и недостатков, среди которых можно отметить основные: ухудшается управляемость автомобиля (особенно если блокировка включена на переднем мосту), увеличиваются нагрузки на узлы и агрегаты трансмиссии (особенно на коробку передач, карданную передачу и полуоси).

Ниже описаны наиболее распространенные типы самоблокирующихся дифференциалов, применяемые в конструкции современных автомобилей.

***

Фрикционный дисковый дифференциал

Фрицкионный (дисковый) самоблокирующийся дифференциал включает пакет фрикционных дисков (фрикционную муфту), установленный между корпусом дифференциала и полуосевой шестерней. При прямолинейном движении автомобиля корпус дифференциала вращается синхронно с обеими полуосями, но как только возникает разница в скоростях вращения корпуса и одной из полуосей, на отстающее колесо подается дополнительный момент благодаря наличию трения в пакете дисков.
Другими словами, когда дифференциал пытается передать одной полуоси чрезмерный крутящий момент (колесо попало на лед и сопротивление кручению очень мало), сила трения между дисками препятствует возникновению большой разницы. Разумеется, если величина момента превысит силу трения в дисках, вращение все равно перераспределится на ось, которая вращается с меньшим сопротивлением.
Недостатком такого дифференциала является усиленный износ дисков и необходимость использовать специальные смазочные материалы, иначе диски быстрее засаливаются и блокировка перестает работать.

***

Вязкостная муфта

Вязкостная муфта (вискомуфта) состоит из набора близко расположенных друг к другу перфорированных дисков, одна половина которых соединяется с помощью выступов с внутренней ступицей муфты, а вторая наружными выступами с корпусом.
Между дисками находится силиконовая (кремнийорганическая) жидкость высокой вязкости. Валы муфты могут свободно вращаться с небольшой разницей в угловых скоростях, но, если разница в скоростях увеличивается, жидкость внутри муфты густеет, начинает действовать как твердое тело и предотвращает чрезмерное проскальзывание дисков. Возникающий блокирующий момент обусловлен свойствами вязкой жидкости. Если в качестве дифференциала использовать такую муфту, она будет перераспределять крутящий момент так, что большая его часть будет поступать на колеса, вращающиеся с меньшей скоростью.

К недостаткам вязкостной муфты следует отнести инертность ее блокировки — муфта срабатывает с запаздыванием. Неизбежный нагрев жидкости в муфте, который происходит при проскальзывании дисков, приводит к изменению ее характеристик. Существенным недостатком таких устройств является их влияние на процесс торможения, поскольку при резком торможении может произойти одновременное блокирование всех колес автомобиля.
При использовании вязкостных муфт в трансмиссиях автомобилей с антиблокировочными тормозными системами приходится применять дополнительные устройства для разблокирования муфт при торможении.

***



Гидророторный самоблокирующийся дифференциал

Гидророторный (героторный) самоблокирующийся дифференциал (Gerodisk или Hydra-lock) — конструктивно и принципиально похож на фрикционный самоблокирующийся дифференциал, только между шестерней полуоси и корпусом дифференциала имеется, помимо фрикциона, масляный насос с поршнем.
При возникновении разницы угловых скоростей полуоси и корпуса, поршень нагнетает масло и сжимает фрикцион, который, в свою очередь, блокирует шестерню полуоси с чашкой дифференциала, перераспределяя крутящий момент на отстающую полуось за счет возникшей силы трения.

***

Зубчатый (шестеренный) самоблокирующийся дифференциал

Такие дифференциалы еще называют червячными или винтовыми. Работа зубчатого самоблокирующиеся дифференциала основана на свойстве червячной пары расклиниваться и блокировать полуоси при определенном соотношении крутящих моментов. Дифференциал блокируется из-за разности крутящих моментов на полуосях.
Винтовой дифференциал Torsen (англ. «TORque SENsing» — чувствующий крутящий момент) представляет собой механический самоблокирующийся дифференциал, в котором используется сложный набор червячных шестерен.

Набор шестерен внутри дифференциала состоит из ведомых (полуосевых) червячных колес и ведущих (сателлитов) червячных шестерен. Основной особенностью такой конструкции является то, что червячные шестерни могут приводить во вращение другие шестерни, но сами не могут приводиться во вращение. Такая особенность приводит к появлению некоторой степени блокирования дифференциала.
При низких значениях входного крутящего момента шестерни дифференциала вращаются свободно и его действие напоминает работу обычного симметричного дифференциала. Когда входной крутящий момент увеличивается, набор червячных шестерен нагружается и в определенный момент два выходных вала блокируются, т. е. как только одно из колес теряет тягу, разница в крутящем моменте колес приводит к заклиниванию шестерен и частичной блокировке дифференциала.

Форма и размер зубчатых колес в этом дифференциале определяет коэффициент передачи крутящего момента. Например, если дифференциал конструкции Torsen сконструирован с передаточным числом 5:1, то он способен дифференцировать крутящий момент между колесами до 5-кратной величины.
Дифференциал конструкции типа Quaife отличается тем, что оси сателлитов параллельны полуосям автомобиля. Сателлиты расположены в специальных нишах чашки дифференциала. При этом парные сателлиты имеют не прямозубое зацепление, а образуют еще одну червячную пару, которая, расклиниваясь, так же участвует в процессе блокировки. Аналогичную конструкцию имеет дифференциал конструкции типа Eaton TrueTrac Differential.

***

Кулачковый самоблокирующийся дифференциал

Кулачковый самоблокирующийся дифференциал, срабатывает при разности угловых скоростей вращения полуосей.
Принцип работы кулачковых блокировок достаточно прост. Вместо классического шестеренчатого планетарного механизма используются кулачковые или зубчатые пары, которые при небольшой разнице в угловых скоростях полуосей имеют возможность взаимно проворачиваться (перескакивать), а при пробуксовке резко заклиниваются и полностью блокируют полуоси друг с другом.

Для этих блокировок характерны шумы и щелчки в редукторе, вызванные перескакивание механизма разблокировки дифференциала. Поэтому такая блокировка раньше в основном применялась применяется только в военной и специальной технике, где нужно большое тяговое усилие и долговечность в ущерб управляемости и комфорту.
В ведущих мостах современных автомобилей повышенной проходимости наиболее распространена конструкция кулачкового дифференциала типа Detroit Soft Locker со специальным демпфирующим устройством на каждой полуоси, частично поглощающим шумы, характерные для работы этой блокировки.
На отдельной странице приведено подробное описание кулачкового дифференциала повышенного трения, применяемого в конструкции автомобиля ГАЗ-66-11.

***

Межосевые дифференциалы



Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *