Дифференциалы и их блокировки. Блокируемый дифференциал
Блокируемые дифференциалы | 5koleso.ru
Блокируемые дифференциалы. Мы изучили некоторые особенности современных ведущих мостов
© Михаил Ожерельев
Проблема правильного распределения крутящего момента между ведущими колесами привлекает внимание конструкторов на протяжении всей истории автостроения. Сегодня в вопросах повышения тягово-динамических свойств автомобиля нетрадиционные механизмы распределения мощности активно конкурируют с классическими планетарными дифференциалами. Мы изучили некоторые особенности современных ведущих мостов.
Судя по опубликованной в открытой печати информации, интерес конструкторов к проблеме распределения мощности между ведущими колесами постоянно возрастает. Это объясняется непрерывным совершенствованием конструкции автомобилей, повышением требований к их основным потребительским качествам. В частности, к управляемости, устойчивости, тягово-динамическим и тормозным характеристикам, особенно при движении по дорогам с малым и неравномерно распределенным коэффициентом сцепления. Если раньше такие требования предъявлялись лишь к спортивным и внедорожным автомобилям, то теперь они распространяются и на серийные модели самых разных категорий вплоть до магистральных тягачей и спецавтотехники.
© Михаил Ожерельев
Сегодня в грузовых трансмиссиях в качестве узлов, отвечающих за распределение крутящего момента, доминируют симметричные конические дифференциалы. Классическая конструкция состоит из корпуса, четырех свободно вращающихся сателлитов и двух полуосевых шестерен. У симметричного межколесного дифференциала числа зубьев левой и правой полуосевых шестерен равны. По сути, это не что иное, как планетарный механизм, обладающий свойством равномерного распределения крутящего момента при любых угловых скоростях ведущих колес.
Равенство тягового усилия между левым и правым колесами является благоприятным при движении автомобиля по дорогам с твердым покрытием и относительно малым сопротивлением. В частности, это выражается в хорошей устойчивости и управляемости транспортного средства. Однако если одно из ведущих колес, например правое, в начале движения находится на скользком участке дороги, то крутящий момент на нем уменьшается до значения, ограниченного коэффициентом сцепления колеса с дорогой. Такой же крутящий момент будет и на левом колесе, хотя оно и находится на поверхности с высоким коэффициентом сцепления. Если суммарного момента будет недостаточно для движения, то автомобиль не тронется с места и одно из колес будет неподвижным, а другое — буксующим. При этом планетарный механизм играет роль редуктора, увеличивающего угловую скорость вращающегося колеса. Кстати, аналогичное явление наблюдается и в распределении силы тяги между ведущими мостами многоприводных автомобилей с колесными формулами 6х4, 6х6, но это другая, более расширенная тема. Итак, как же заставить дифференциал перераспределить крутящий момент в пользу неподвижных колес?
© Михаил Ожерельев
Самый простой способ — принудительная блокировка. Для того чтобы полностью заблокировать классический дифференциал, достаточно либо ограничить возможность осевого вращения сателлитов, либо жестко соединить между собой чашку дифференциала с одной из полуосей. Первый способ отличается компактностью и поэтому характерен для малотоннажной техники, а второй используется в ведущих мостах грузовиков — там, где нет дефицита свободного пространства. Управление функцией блокировки реализуется при помощи пневматического, электрического или электрогидравлического привода. К примеру, в автомобиле «Урал-63674» механизм блокировки межколесного дифференциала имеет пневматический привод. Он состоит из рабочего цилиндра, рычага, вилки и шлицевой муфты, скользящей на шлицах полуоси. При подаче воздуха в исполнительный механизм муфта соединяется шлицами с корпусом дифференциала и таким образом создает препятствие свободному вращению полуоси. Планетарный механизм оказывается заблокированным. Обычно такой блокировкой пользуются при движении по бездорожью и снегу, а перед выездом на стандартное дорожное полотно ее отключают во избежание появления в трансмиссии повышенной циркуляции мощности и ухудшения управляемости автомобиля.
В отличие от пневматики, электропривод блокировки воздействует непосредственно на сателлиты. Например, в дифференциале Eaton ELocker, серийно устанавливаемом в мосты американского Hummer, компактная электромагнитная катушка расположена непосредственно в корпусе дифференциала. При подаче управляющего напряжения электромагнитное поле перемещает замковое устройство, которое жестко соединяет между собой полуосевые шестерни, и ведущие колеса начинают вращаться с одинаковой скоростью. Особая конструкция блокиратора допускает активацию механизма не только в статическом положении, но и при движении автомобиля. Как правило, такое устройство дополняется электронным блоком управления — компьютер предохраняет механизм от неправильного включения, ведь разница частот вращения между левым и правым колесами в момент активации не должна превышать 50 мин-1.
© Михаил Ожерельев
Более сложными по исполнению являются электрогидравлические устройства. Наиболее известным из них является дифференциал EGerodisk. Здесь механизм блокировки состоит из масляного насоса, гидроцилиндра и комплекта фрикционных пластин, установленных между чашкой классического дифференциала и шестерней полуоси. Корпус гидроцилиндра крепится к чашке дифференциала, а поршень — к полуоси. При активации системы гидравлическое усилие сжимает фрикционный пакет, блокируя тем самым шестерню полуоси с чашкой дифференциала. За счет полученного момента трения дифференциал плавно перераспределяет крутящий момент на отстающее колесо. В зависимости от конкретных дорожных условий степень блокировки можно изменять в широких пределах. Так, высокий коэффициент блокировки, характерный при старте с места может снижаться по мере увеличения скорости автомобиля. Время отклика системы на управляющую команду составляет порядка 150 мс, благодаря чему EGerodisk отменно взаимодействует с ABS и ASP. Сегодня такая система штатно устанавливается на внедорожники Chrysler.
© Михаил Ожерельев
Среди других устройств, использующих принцип фрикционной блокировки симметричного дифференциала, следует упомянуть механизмы MLocker и Elocker, у которых сдавливающее усилие в дисковом пакете создается механически — за счет взаимного проворачивания полуосевых шестерен относительно корпуса в момент пробуксовки. Устройство работает автоматически и не требует какого-либо внешнего управляющего воздействия. Однако фрикционные дифференциалы особо требовательны к особому составу трансмиссионного масла, а свойственная этим механизмам небольшая степень блокировки (порядка 30%) существенно ограничивает сферу их применения. В нашем случае правильнее такие дифференциалы причислить к разряду частично блокируемых. Кстати, именно эта ниша сегодня отличается наибольшим разнообразием конструктивных решений. Например, в автомобилях повышенной проходимости наряду с классическими механизмами распределения крутящего момента получили распространения и так называемые дифференциалы повышенного трения, в конструкцию которых изначально заложена функция частичной блокировки дифференциала.
© Михаил Ожерельев
Среди частично блокируемых устройств прежде всего следует упомянуть кулачковый дифференциал повышенного трения, который использовался на автомобиле ГАЗ-66. Основу механизма составляет пара звездочек с профилированными кулачками и расположенный между ними сепаратор с набором сухарей, выполняющих роль сателлитов. Звездочки соединены с полуосями, а сепаратор — с корпусом дифференциала. При движении автомобиля в повороте или по неровной дороге сухари перемещаются в отверстиях обоймы и обеспечивают ведущим колесам автомобиля разную частоту. Вместе с тем механизм позволяет передавать больший крутящий момент на отстающее колесо в случае пробуксовки. Кулачковые дифференциалы относительно просты по конструкции и имеют небольшую массу, но отличаются жесткой работой. Поэтому в настоящее время они главным образом находят применение в военной технике, а из гражданских примеров можно упомянуть автомобиль ГАЗ-3308 «Садко».
Естественно, что параллельно с собственными разработками автопроизводителей темой распределения мощности, подводимой к ведущим колесам, активно занимаются известные представители рынка автокомплектующих. Среди них такие компании, как Eaton, ZF, Borg Warner, JTEKT. Именно из этой сферы вышла в свет одна из самых применяемых форм частичной блокировки дифференциала — червячно-винтовые механизмы. Известно несколько разновидностей таких устройств, а первым обозначенное направление открыло изделие под названием Torsen (от англ. Torque sensing — «чувствительный к крутящему моменту»).
© Михаил Ожерельев
Конструкция дифференциала Torsen была предложена в США в середине 60-х годов, но серийное производство было начато почти 20 лет спустя, после того как одна из американских компаний разработала технологию и инструмент для его выпуска и построила для этого специальный завод в Бельгии. С начала 80-х годов этот дифференциал начал использоваться на армейских автомобилях многоцелевого назначения семейства Hummer. Не вдаваясь в подробности устройства, отметим, что в данном случае блокирующие свойства дифференциала определяются различиями в прямом и обратном КПД червячной передачи и его зависимостью от величины передаваемого момента. Максимальная степень блокировки может достигать 90%, а среди прочих особенностей дифференциалов Torsen — компактность и мгновенность появления блокирующего момента, что положительно отражается на динамике и курсовой устойчивости автомобиля. Недостаток этой конструкции — сложность в изготовлении сателлитов и корпуса, а также сборки агрегата в целом, ремонта и обслуживания. Все это не лучшим образом влияет на конечную стоимость изделия.
Автором второго типа червячных дифференциалов является англичанин Род Квайф. Его фамилия закрепилась в названии типа, а среди специалистов механизм также известен как геликоидальный. Главная особенность конструкции — в расположении сателлитов. Во-первых, они размещены в два ряда параллельно оси вращения корпуса, а во-вторых, не крепятся на осях, а находятся в закрытых с обеих сторон карманах корпуса. Правый ряд сателлитов входит в зацепление с правой шестерней полуоси, левый — с левой. Когда одно из колес начинает отставать, связанная с ним полуосевая шестерня начинает вращаться медленнее корпуса и поворачивать входящий с ней в зацепление сателлит. Функционал основан на трении: в винтовом зацеплении возникают осевые и радиальные силы, прижимающие полуосевые шестерни и сателлиты торцами к корпусу и крышкам. Блокирующие свойства дифференциала Quaife зависят от угла наклона зубьев шестерен. Так, изменяя на стадии проектирования геометрию зацепления, можно подогнать характеристику изделия к конкретной модели автомобиля, учитывая его техническую характеристику и условия эксплуатации.
Наконец, нельзя не упомянуть оригинальную конструкцию, предложенную российским инженером Валерием Красиковым. Основное отличие ДАК (дифференциал автоматический Красикова) в том, что роль сателлитов выполняют шарики, циркулирующие по специальным профилированным канавкам внутри корпуса. В сравнении с дифференциалом Quaife, эта конструкция передает больший крутящий момент и менее чувствительна перегреву. В настоящее время опытная партия ДАК уже проходит испытания на ОАО «КамАЗ», а значит, есть основания полагать, что разработка Красикова будет полезна не только для джипов.
Словом, совершенствование конструкций механизмов распределения мощности и по сей день продолжается. Не исключено, что в дальнейшем будет наблюдаться появление новых типов устройств, которое значительно расширит область их применения.
5koleso.ru
Сравнение различных типов блокировок дифференциала
Свободный дифференциал
Дифференциал предназначен для передачи, изменения и распределения крутящего момента между двумя потребителями и обеспечения в поворотах их вращения с разными угловыми скоростями.
При движении по скользкой дороге одно из колес встречает большее сопротивление, тогда как другое проскальзывает - буксует. Дифференциал, в силу своей конструкции, заставляет вращаться буксующее колесо с удвоенной скоростью. Другое колесо при этом останавливается. Сила тяги на буксующем колесе, по причине низкой силы сцепления, мала, поэтому и крутящий момент на этом колесе тоже мал. А так как дифференциал симметричный, то на другом колесе крутящий момент тоже будет небольшим. Тупиковая ситуация – автомобиль не может сдвинуться с места.
Принудительная блокировка
Принудительная блокировка - это обычный классический дифференциал с механизмом блокирования. При включении (блокировании) такого дифференциала полуоси блокируемого моста замыкаются между собой жестко - поэтому блокировки такого типа обычно называются жесткими блокировками.
Механизм блокирование приводится в действие системой управления.
Система управления может быть:
- механической
- электрической
- пневматической
- гидравлической
Torsen,Quaife
Torsen изобретена в 1958 г. американским инженером Верноном Глизманом.
Если в классическом дифференциале все приводы конические, то в «торсенах» присутствуют червячные шестерни. За счет механического свойства червячной передачи «расклиниваться» при определенном соотношении крутящих моментов проскальзывающее колесо блокируется.
Дифференциал типа Quaife запатентовал в 1965 г. основатель и владелец английской фирмы «Quaife Engineering» Родни Квайф. Конструктивно он похож на дифференциал Torsen типа 2, однако отличается от него принципом организации сателлитов.
Сателлиты дифференциала типа Quaife не крепятся на осях, как у аналогов, а находятся в закрытых нишах корпуса. Все они параллельны полуосям, однако в отличие от Torsen Т-2, где каждый сателлит постоянно контактирует с обеими полуосевыми шестернями, в Quaife правый ряд сателлитов находится в контакте с правой полуосевой шестерней, левый – с левой. Общность конструкции создают сателлиты из разных рядов, сцепленные между собой попарно.
Lock Right
Lock Right – это автоматическая муфта. Её называют «саморазблок», поскольку в основном муфта заблокирована. При прохождении поворота, она разблокируется, отключает забегающее колесо, при условии, что крутящий момент на колесах превышает крутящий момент передающий карданом. А если крутящий момент передающий карданом превышает крутящий момент, существующий на колесах, то муфта заблокирована.
ДАК
ДАК – новый тип шариковых дифференциалов. Создан российским изобретателем Красиковым В.Н. в 2002 году. Кинематическая схема ДАКа аналогична схеме классического дифференциала. ДАК планетарный механизм, роль сателлитов в котором играют шариковые цепочки. При нарушении равенства сил (разные коэффициенты сопротивления на колесах, резкий разгон или торможение двигателем), шариковая цепочка нагружается, соотношение реакций сил в поворотном канале становится таким, что цепочка запирается. Дифференциал блокируется. Принцип блокировки подобен принципу самоторможения червячной передачи.
Порше (БТР)
Этот тип блокировки изобрел Порше в 1932 году. Кулачковые, или сухарные, дифференциалы повышенного трения, в которых замыкание половин дифференциала происходит посредством трения поперечных сухарей по выступам боковых муфт – кулачкам.
Самоблокирующийся дифференциал, LSD
Простейший представитель LSD с набором фрикционных дисков, связанных с корпусов дифференциала и попеременно с полуосевыми элементами.
Электронные системы
Электронная блокировка дифференциала (EDS, Elektronische Differenzialsperre).
Система EDS срабатывает при проскальзывании одного из ведущих колёс. Она подтормаживает скользящее колесо, за счет чего на нем увеличивается крутящий момент. Так как ведущие колеса соединены симметричным дифференциалом, на другом колесе (с лучшим сцеплением) крутящий момент также увеличивается.
Система работает в диапазоне скоростей от 0 до 80 км/ч.
Система EDS построена на основе антиблокировочной системы тормозов. В отличие от системы ABS в конструкции электронной блокировки дифференциала предусмотрена возможность самостоятельного создания давления в тормозной системе. Для реализации данной функции используется насос обратной подачи и два электромагнитных клапана (на каждое из ведущих колес), включенные в гидравлический блок ABS. Это переключающий клапан и клапан высокого давления.
obzorblok.ru
Дифференциалы и их блокировки
Блокировка осей прежде всего необходима для преодоления автомобилем трудных участков дороги (грязь, уклоны), если не производить блокировку, как правило, одна из полуосей просто прокручивается, такова классическая конструкция дифференциальных механизмов для большинства трассовых автомобилей. В этом есть своя бесспорная практичность, разделение по частоте вращение полуосей значительно увеличивает ресурс эксплуатации шин и механизмов. Блокировка как правило необходима для внедорожников, когда стоит вопрос о не экономии ресурса шин и механизмов, а необходимо проехать бездорожье. Как правило, дифференциал включается из салона, рычагом вручную или вспомогательными механизмами через нажатие управляющей кнопки или даже автоматически. Использовать блокировку дифференциала на трассе чревато поломкой его механизмов или полуосей, важно отключать его после преодоления плохих дорог. В этой статье, мы подробно рассмотрим какие бывают дифференциалы, их конструктивные и эксплуатационные особенности.
Свободный дифференциал
Самый распространенный дифференциал, со своими плюсами и недостатками. Крутящий момент передается на сателлиты, а с них на зубчатые колеса полуосей. В равнозначных условиях режима работы полуосей крутящий момент делиться пополам и передается на одну и вторую полуось. Стоит убрать крутящий сопротивляющийся момент с любой из полуосей (подвешенное колесо) и весь крутящий момент начинает передаваться именно на эту полуось. Происходит следующее, крутящий момент от двигателя передается на зубчатое колесо (1), При вращении зубчатого колеса сателлиты (2) перемещаются, крутятся по зубчатым колесам полуосей. Если удерживать одну из полуосей, сателлиты начинают вращаться по зубьям одной зафиксированной полуоси, при этом вращая свободную полуось. Любое изменение крутящего момента одной полуоси относительно другой приводит к прокручиванию свободного колеса. В итоге проехать бездорожье становится очень проблематично
Но применение различных способов блокировки может исправить эту ситуацию
Антипробуксовочные системы на свободном дифференциале (Ручная блокировка свободного дифференциала)
1. Одна из полуосей (3), а вернее та которая проходит в ведущем зубчатом колесе, блокируется вместе с ним. При этом крутящий момент передается сразу же на эту полуось и через остановившиеся сателлиты на вторую полуось, происходит блокировка. Возможен второй вариант, когда блокируются между собой полуоси (как на рисунке ниже).
Фактически такая блокировка является частным случаем фрикционного дифференциала, но имеет один существеный плюс. Блокировка может быть отключена.
Управление блокировкой как правило происходит посредством рычагов, ну а в дорогих машинах все делает электроника и приводы, достаточно лишь легкого нажатия на кнопку блокировки расположенной в удобном месте на панели автомобиля. Не рекомендуется включать блокировку, во время движения. Необходимо остановиться включить блокировку и продолжить путь. Дело в том, что разсогласование передаточных чисел, мгновенно меняет частоту вращения полуосей, при этом возможны поломки зубьев. Как правило производители указывают рекомендованную максимальную скорость движения при заблокированном дифференциале. Включение блокировки, отрицательно влияет на управляемость, особенно на поворотах.
2. Свойства свободного диффернециала можно успешно использовать на бездорожье и без полной блокировки. Так антипробуксовочные системы (TRC -Traction Control) устанавливается на автомобили Toyota) при пробуксовке одного из колес искусственно удерживает полуось за тормозной диск штатным тормозом. Что при этом происходит нетрудно представить. Ситуация для полуосей меняется противоположным образом, теперь увязшее колесо имеет намного меньший сопротивляющийся момент и оно как более свободное начинает вращаться.
Такой дифференциал надежен, ремонтропригоден, именно поэтому завоевал наибольшую популярность на автомобилях которым не требуется повышенная проходимость. Устанавливается навсе серийные автомобили ВАЗ и многие иномарки в том числе и бизнес класс например Porshe Caynne, но там есть возможность блокировки дифференциала для прохождения трудных участков дороги.
Многодисковый, фрикционный дифференциал
В принципе это конструкция самого распространенного обычного дифференциала, за исключением того, что крутящий момент связан для двух полуосей через муфту и два набора дисков. Фактически имея больший момент на одной полуоси мы передаем его на вторую, тем самым выравнивая нагрузку. Сила крутящего момент ограничивается проскальзыванием между дисками в наборе, это порядка от 2 до 12 килограмм.
Минусы очевидны, фактически такие дифференциалы предсобраны и всегда пытаются выровнять крутящие моменты на полуосях. Неизбежен износ поверхности дисков и в конечном итоге многодисковый дифференциал превращается в обычный. Как правило применяются в автоспорте, для разовых гонок и заездов, в следствии незначительного срока службы, невозможности отключения и невозможности регулировки после установки.
Дифференциал Вискомуфта, Вязкостная муфта, Viskodrive
Очень интересная конструкция, где если так можно сказать основной деталью является жидкость на силиконовой основе. Фактически это герметичная конструкция, также с пакетом дисков, которые имеют между собой минимальный зазор. Силиконовая жидкость заполняет корпус вискомуфты на 80-90 процентов.
Свойства технической жидкости таковы, что при нагреве она становиться более плотной, при этом начинает передавать крутящий момент, между ведомыми и ведущими дисками и соответственно к колесам. Эффективность вискомуфты довольно высока, но она имеет и свои недостатки. Все дело в том, что для ее срабатывания требуется время, пока жидкость не разогреется, так же возможен и другой вариант, срабатывание муфты, тогда когда этого не требуется. Отсутствие возможности четко управлять процессом передачи момента и является минусом. Ремонтопригодность у муфты низкая, вернее она не ремонтопригодна. Как правило вытекает жидкость, при этом дифференциал подлежит замене в сборе.
Дифференциал Торсен
Название от английских слов TORQUE- крутящий момент и SENS- чувствительность. Это название говорит само за себя. Сателлиты расположены в корпусе перпендикулярно оси, входят в зацепление попарно (прямозубые зубчатые колеса), а с полуосевыми зубчатыми колесами связаны через червячную передачу.
При падении крутящего момента на одной из полуосей, червячные передачи блокируют полуоси, тем самым начиная передавать крутящий момент на ось с меньшим сопротивляющимся крутящим моментом. Сила трения, возникающие в червячной передаче и производит блокировку дифференциала. Конструкция очень сложная, технологичная, соответственно дорогая. Ремонт возможен только в специализированных мастерских и при применении оригинальных запчастей.
Дифференциал Квайф
Аналог предыдущей конструкции, система QUIFE. Здесь сателлиты расположены в два ряда параллельно (см фото). Причём они крепятся не на осях, а находятся в закрытых с обеих сторон отверстиях корпуса. Правый ряд сателлитов (их может быть от 3 до 5) входит в зацепление с правой шестерней полуоси, левый — с левой. Кроме того, сателлиты из разных рядов зацепляются между собой через один. Все зубчатые колёса имеют винтовые зубья, один и тот же модуль и угол профиля. Количество сателлитов и число зубьев шестерни полуоси должно быть связано условием собираемости агрегата в целом. Когда одно из колёс начинает отставать, связанная с ним полуосевая шестерня начинает вращаться медленнее корпуса дифференциала и поворачивать входящий с ней в зацепление сателлит. Он передаёт движение связанному с ним сателлиту, а тот в свою очередь, на полуосевую шестерню. Так обеспечиваются разные обороты колёс в повороте. Благодаря разности крутящих моментов на колёсах в винтовом зацеплении возникают осевые и радиальные силы, прижимающие полуосевые шестерни и сателлиты торцами к корпусу или крышкам и разделителю. За счёт этого возникают силы трения, осуществляющие блокировку, что увеличивает силу тяги автомобиля, повышая его проходимость. Величина коэффициента блокировки зависит от угла наклона зубьев шестерен. Изменяя на стадии проектирования угол наклона зубьев («угол спирали»), изменяют коэффициент блокировки в зависимости от характеристик автомобиля и условий его эксплуатации и применения. Такие дифференциалы получили наибольшее распространение в тюнинге автомобилей
В настоящее время получили распространение и активные дифференциалы. Фактически в таких дифференциалах происходит блокировка осей посредством систем управления. Вплоть до того, что принудительно меняется частота оборотов одной полуоси относительно другой в повороте. То есть при прохождении поворота, колесо по большему радиусу ускоряется а по меньшему замедляется, что способствует лучшей управляемости автомобиля на дороге. Но в этом случае этим процессом управляет электроника. Подобная система применена на автомобиле Mitsubishi Lancer Evolution
Активные дифференциалы
Рассмотрим пример активного центрального дифференциала от Митсубиши (Active Control Differential). Это фактически многодисковое гидравлическое сцепление, мгновенно реагирующее на изменение частоты вращения передних и задних полуосей. Работа заключается в распределении крутящего момента между ними, обеспечивая баланс между управляемостью и тягой. ACD предлагает три рабочих режима, которые водитель может задействовать в зависимости от условий движения: Tarmac (асфальт) — для сухих твердых покрытий, Gravel (гравий) - для неровных покрытий и Snow (снег) — для движения по скользким покрытиям с низким коэффициентом сцепления. (фото ниже)
Как правило в купе с центральным дифференциалом используется и дифференциал для полуосей (Active Yaw Control).Система AYC Высшего качества управляет вращательными силами транспортного средства в момент отклонения от курса, ощущая состояние дорожной поверхности, угол руля, боковое ускорение, и с помощью электроники управляя распределением мощности на левом и правом заднем колесах. Входя в кривую, мощность перекидывается на внешние колеса, таким образом улучшается маневренность. Ускоряясь на следующей половине кривой, мощь возвращена на внутренние колеса и тем самым уменьшается занос автомобиля. Кроме того, мощность перемещается от колес, независимо от стороны, на скользких или грубых поверхностях на колесо (а), которые находятся на нескользкой поверхности. Это улучшает и стабильность и ускорение с места.ACD & AYC установлены на Mitsubishi Lancer Evolution начиная с 8 поколения Это самые совершенные системы, так как способны включаться и выключаться автоматически в нужное время.
Подведем итог. Будет ли автомобильная промышленность стремиться к передовым механизмам и конструкциям аналогичным Mitsubishi или нет? Вполне возможно, что ответ нет более реален. Все дело в том, что преодоление бездорожья, уклонов, вполне может быть решено и с помощью того же дифференциала Торсен или Квайф. В следствии этого отпадает необходимость в дополнительных излишних узлах усложняющих конструкцию и влияющих на надежность и возможность обслуживания автомобиля своими силами. Здесь может преобладать практичность, а не незначительное улучшение, при значительных затратах, но выбор как всегда остается за вами.
www.autosecret.net
Дифференциал подробно — Энциклопедия журнала "За рулем"
Дифференциал - механизм распределения крутящего момента входного вала между двумя выходными полуосями ведущих колес или, на автомобилях повышенной проходимости,для распределения крутящего момента между передней и задней ведущими осями. Это часть трансмиссии, которая на автомобилях классической и переднеприводной компоновки обычно выполняется в виде единого блока с главной передачей,а на внедорожниках встраивается в раздаточную коробку Свободный дифференциал всегда делит поступающий на него крутящий момент поровну - не зависимо от того, с равными или с разными скоростями вращаются ведущие колеса (или ведущие оси).
Назначение дифференциала
При движении автомобиля по криволинейным участкам дороги - например, в поворотах - колеса ведущей оси катятся по окружностям разной длины. Внешнее (по отношению к центру поворота автомобиля) колесо проходит больший путь, чем внутреннее. Эта разница тем больше, чем круче поворот. Аналогичная проблема возникает и в движении по прямой, если используются ведущие колеса разной размерности и т.п. Если в этих ситуациях колеса соединить жесткой осью,окажется, что одно колесо вращается быстрей, чем нужно для прохождения заданной траектории,а другое медленней. Значит, оба колеса будут пробуксовывать, испытывать повышенные нагрузки, сильней нагреваться и изнашиваться. Увеличится и расход топлива. Наконец, это нарушает курсовую устойчивость автомобиля и ведет к его заносу или сносу - особенно, на скользких дорогах. Для компенсации разницы проходимого ведущими колесами пути используется особый механизм - дифференциал. Простейший, свободный дифференциал уравнивает крутящие моменты (или тяговые силы) обоих ведущих колес, и если скорости их вращения (или линейного движения) разные, то и мощности на них пропорциональны этой разнице. Колесо, вращающееся быстрей, тратит на это несколько большую мощность, чем то, которое вращается медленней.Таким образом дифференциал предназначен для обеспечения вращения ведущих колес с разными угловыми скоростями при постоянно передаче крутящего момента на оба колеса ведущей оси. Эта же логика присутствует и в работе межосевого дифференциала.
Устройство и принцип действия
Дифференциал классической конструкции устроен просто. Например, на заднеприводном автомобиле вращение от ведомого вала коробки передач передается через карданный вал на ведущую коническую шестерню главной передачи, которая находится в постоянном зацеплении с ведомой шестерней главной передачи. Ведомая шестерня является одновременно корпусом дифференциала, в котором перпендикулярно оси ведомой шестерни закреплена ось сателлитов - малых конических шестерен. Последние вращаются вместе с корпусом дифференциала относительно оси ведомой шестерней главной передачи. Сателлиты находятся в постоянном зацеплении с коническими шестернями левой и правой полуосей ведущих колес.При прямолинейном движении автомобиля сателлиты относительно собственной оси не вращаются. Но каждый, подобно равноплечему рычагу, делит крутящий момент ведомой шестерни главной передачи поровну между шестернями полуосей. Когда автомобиль движется по криволинейной траектории, внутреннее по отношению к центру описываемой автомобилем окружности колесо вращается медленней,наружное быстрей - при этом сателлиты вращаются вокруг своей оси, обегая шестерни полуосей. Но принцип деления момента поровну между колесами - сохраняется. Мощность же, подаваемая на колеса, перераспределяется,- ведь она равна произведению крутящего момента на угловую скорость колеса. Если радиус поворота настолько мал, что внутреннее колесо останавливается, тогда внешнее вращается с вдвое большей скоростью, чем при движении автомобиля по прямолинейной траектории. Итак, дифференциал не меняет крутящий момент, но перераспределяет между колесами мощность. Последняя всегда больше на том колесе, которое вращается быстрее.
Применение дифференциалов
В автомобилях с одной ведущей осью устанавливается один дифференциал, объединенный с главной передачей. В автомобилях с двумя и более ведущими осями дифференциалы устанавливаются в каждую ведущую ось (например, в трехосном грузовике или автобусе с двумя задними ведущими осями дифференциалы установлены в среднюю и заднюю оси). В автомобилях с подключаемым полным приводом дифференциалы устанавливаются в каждую ведущую ось (у двухосного полноприводного джипа с подключаемым передним ведущим мостом два дифференциала - по одному в каждой ведущей оси), но эксплуатация этих машин с постоянно подключенной передней осью не рекомендуется по причине повышенного износа главных передач и колес из-за неравномерно распределяемой мощности между осями. В свою очередь в автомобилях повышенной проходимости с постоянно подключенными ведущими осями применяют три дифференциала - по одному в каждой ведущей оси и один межосевой, установленный в раздаточной коробке. Межосевой дифференциал распределяет мощность между ведущими осями в зависимости от длины проходимого колесами оси пути. К примеру, передние колеса могут преодолевать возвышение, задние еще двигаться по прямой - передние колеса описывают более длинный путь, чем задние, соответственно, межосевой дифференциал обеспечивает передачу большей части мощности двигателя на переднюю ось, чем на заднюю. На многоосных транспортных средствах с несколькими ведущими осями применяют межтележечный дифференциал.Дифференциал не применяется на транспортных средствах с одним ведущим колесом - в частности, на мотоциклах и трициклах с двумя передними управляемыми колесами. Если трицикл построен по схеме с одним передним управляемым колесом и двумя ведущими задними, то на нем применяют автомобильный ведущий мост с дифференциалом. Обычно подобные трициклы строят по индивидуальным заказам на базе популярных тяжелых моделей (пример - кастомные трициклы на базе «Харлей-Дэвидсон»). На гоночных автомобилях на основе серийных моделей (например, на раллийных или для кольцевых гонок) дифференциал перед гонками блокируют, поскольку повороты такие машины проходят на большой скорости и с заносом. В данном случае склонность автомобиля к заносу из-за отсутствия дифференциала считается преимуществом.
Недостаток дифференциала
Главным недостатком дифференциала классической конструкции является проблема пробуксовки колеса, потерявшего контакт с поверхностью дорожного полотна. Когда одно из ведущих колес вращается в вывешенном состоянии его скорость вдвое больше, чем была бы при этих же оборотах ведомой шестерни дифференциала при нормальном движении по прямой. Зато второе колесо вообще не вращается. Причина проста. Момент сопротивления вращению вывешенного колеса ничтожен, соответственно мал и подводимый к нему крутящий момент. Значит, столь же мал крутящий момент и на противоположном колесе - оно стоит. Если же одно из колес буксует - с повышенными оборотами, но с существенным сопротивлением (например, в грязи, песке и т.п.), то такой же крутящий момент поступает и на другое, не буксующее, колесо. В результате автомобиль может двигаться с небольшой скоростью. При этом на буксующее колесо подается более высокая мощность - она тратится на нагрев шины, дороги и т.д. Эффект пробуксовки снижает проходимость автомобиля со свободным дифференциалом. Для решения этой проблемы автомобили оснащают механизмами блокировки дифференциала - ручной или автоматической - различной конструкции.
Механизмы блокировки дифференциала
- Ручная блокировка дифференциала
Самым простым способом блокировки дифференциала является применение механизма с ручным управлением. Этот вид блокировки применяется на автомобилях повышенной проходимости. Блокировка производится блокировочными муфтами, которые фиксируют сателлиты. Дифференциал отключается. К достоинствам данного типа блокировки можно отнести простоту и надежность конструкции, к недостаткам - необходимость точно оценивать дорожную обстановку и отключать блокировку дифференциала при движении по качественным дорогам во избежание поломок главной передачи и ведущего моста в целом. - Блокировка дифференциала с электронным управлением
На современных полноприводных легковых автомобилях повышенной проходимости с развитым компьютерным управлением работой агрегатов и механизмов устанавливают антипробуксовочную систему с электронным управлением. Как только бортовой компьютер автомобиля (или электронный блок антипробуксовочной системы) получает от датчика вращения сигнал о том, что одно колесо оси вращается значительно быстрей второго, свободное колесо притормаживается рабочим тормозом - благодаря свободному дифференциалу мощность передается на колесо, которое не утратило контакта с дорожным покрытием. Эта система требует наличия системы раздельного привода тормозов всех четырех колес и точной отладки датчиков. Антипробуксовочные системы позволяют достаточно тонко регулировать распределение мощности в зависимости от состояния дорожного покрытия и избежать потерь мощности двигателя при срабатывании дифференциала. С другой стороны, управляющая система из датчиков и исполнительных приводов тормозов (на соленоидах) обладает инерционностью, поэтому работает с некоторым запозданием, что приходится учитывать водителю. На гоночных автомобилях иногда применяются фрикционные дифференциалы с тормозными ленточными механизмами, управляемыми электроникой. - Автоматическая блокировка с применением фрикционной муфты
На спортивные автомобили, выпускаемые малыми сериями или по заказу, иногда устанавливают фрикционные самоблокирующиеся дифференциалы. На серийных машинах эти дифференциалы редкость, поскольку они требуют особого обслуживания и подвержены интенсивному износу. Фрикционные муфты устанавливаются между полуосевыми шестернями и корпусом дифференциала. При прямолинейном движении автомобиля полуоси вращаются с одинаковой угловой скоростью - сила трения во фрикционных муфтах равна нулю, дифференциал распределяет мощность между колесами ведущей оси поровну. Как только одна из полуосей начинает вращаться быстрей, диски фрикционной муфты сближаются, за счет возникающих сил трения муфта притормаживает вращение свободной полуоси. Этот тип дифференциала отличается невысокой эффективностью при большой разнице в угловых скоростях ведущих колес (например, на поворотах с малым радиусом закругления).* Дифференциал с вязкостной муфтой (вискомуфтой)
Вискомуфта работает подобно фрикционной муфте самоблокирующегося дифференциала, но имеет упрощенную конструкцию. В корпус главной передачи ведущего моста устанавливается вискомуфта, состоящая из двух пакетов перемежающихся перфорированных дисков, вращающихся в вязкой среде на основе силикона. Каждый пакет соединен с левой и правой полуосью. Когда угловая скорость полуосей одинакова, скорость вращения дисков пакета тоже одинакова. Как только один из пакетов, связанный с полуосью, начинает вращаться быстрей другого, вискомуфта начинает притормаживать этот пакет, стремясь выровнять угловые скорости дисков (и, соответственно, полуосей). За счет этого возникает эффект автоматической блокировки свободного колеса.Этот тип автоматической блокировки имеет ряд недостатков. Во-первых, вискомуфта увеличивает размеры картера ведущего моста. Во-вторых, вискомуфта не отличается высокой эффективностью и не срабатывает при большой разнице угловых скоростей, то есть в условиях тяжелого бездорожья. К преимуществам вискомуфты относят простоту конструкции. Иногда она применяется вместо дифференциала шестеренчатой конструкции - в паре с конической главной передачей. В большинстве случаев вискомуфта в ведущих мостах не применяется. Ее устанавливают в качестве механизма автоматической блокировки межосевого дифференциала в легковых автомобилях повышенной проходимости (в комфортабельных «паркетниках», не предназначенных для интенсивной эксплуатации в условиях бездорожья).
Другие типы самоблокирующихся дифференциалов
Помимо описанных механизмов автоматической блокировки дифференциала в автомобилях используются и другие типы блокировочных систем. В военной технике получили распространение зубчатые или кулачковые самоблокирующиеся дифференциалы. Существует конструкция гидророторного самоблокирующегося дифференциала, в котором использован принцип фрикционной муфты с гидроприводом. При возникновении разницы в угловых скоростях полуосей, муфта тормозит вращение одной из полуосей под воздействием поршня, сжимающего пакет фрикционных дисков. Поршень перемещается давлением масла, нагнетаемого гидронасосом.На полноприводные автомобили Honda устанавливают блокировку дифференциала с двумя гидронасосами.На современных легковых автомобилях повышенной проходимости и гоночных машинах все большее применение находят шестеренчатые самоблокирующиеся дифференциалы (осевые и межосевые), в которых использован эффект заклинивания червячной или косозубой передачи при достижении порогового значения разницы мощностей.
wiki.zr.ru
Добавить сайт в избранное
.jpg)
