Блокировка дифференциала

Блокировки дифференциала

Одним из составных элементов трансмиссии является дифференциал, выполняющий достаточно важную функцию. Во время движения на авто создаются разные условия для вращения колес, что может повлиять на степень нагрузки узлов трансмиссии, управляемость авто.

Вращение от коробки передач передается на главную передачу, которая перераспределяет его на приводы колес. Если бы эта передача велась напрямую, то в любых условиях ведущие колеса будут вращаться с одной и той же скоростью. На ровных участках дороги такое распределение крутящего момента и нужно. Но при вхождении в поворот колеса ведущей оси двигаются по разной траектории и проходят неодинаковый путь. Поэтому и скорость вращения колес должна изменяться в соответствии с условиями движения.

Проблема с правильным распределением крутящего момента между колесами и устраняется дифференциалом. Этот узел меняет соотношение момента в зависимости от условий, причем делает он это самостоятельно, без какого-либо вмешательства. Функционирует дифференциал за счет сопротивления, которые встречают колеса.

При равномерном движении колеса встречают одинаковое сопротивление, поэтому дифференциал распределяет момент равномерно. При вхождении же в поворот, сопротивление на колесе, идущему по внутреннему радиусу, возрастает. Повышение усилия на одном из колес приводит к тому, что дифференциал «перебрасывает» часть момента на колесо с меньшим сопротивлением. В результате колеса начинают двигаться с разной скоростью – внутреннее замедляется, а внешнее – ускоряется.

Назначение блокировки

Особенность функционирования дифференциала имеет одну негативную сторону – чем меньше сопротивление встречает колесо, тем больше вращения узел передаст на него. Выливается это в то, что попавшее на скользкую поверхность или вывешенное колесо получает 100% крутящего момента, в то время как второе колесо оси, стоящее на твердой поверхности, остается без вращения. В итоге автомобиль обездвиживается. Из-за дифференциала преодоление даже незначительного бездорожья может обернуться проблемой, авто просто станет в грязи и все.

Не стоит на легковом автомобиле выезжать на бездорожье

Если обычные легковые машины не рассчитаны на движение по бездорожью, то дифференциалы на внедорожниках не дают раскрыть их возможности в полной мере. Устраняется негативное качество дифференциала его блокировкой. Но как работает блокировка дифференциала и что она из себя вообще представляет, знают не все автолюбители.

Блокировка представляет собой специальный механизм, добавленный в конструкцию дифференциала и обеспечивающий принудительное распределение момента по колесам в определенном соотношении. То есть блокировка исключает вероятность подачи вращения только на одно колесо ведущей оси. В результате даже при попадании одного из колес на скользкую поверхность, момент будет подаваться и на второе, поэтому автомобиль сохранит возможность движения.

Конструкторами разработаны самые разные виды блокировок дифференциала. Несмотря на конструктивно отличия все они выполняют одну и ту же задачу – сохраняют распределение крутящего момента по осям в заданном соотношении.

В целом существующие блокировки делятся на три типа:

Первые два типа включают множество вариантов, отличающихся по конструктивному исполнению, но используют единый принцип работы.

Жесткая блокировка

Основная особенность жесткого типа блокировки заключается в том, что после задействования она распределяет момент между осями поровну. То есть, ведущий мост начинает работать как будто дифференциала в его конструкции вовсе нет.

Самым простым конструктивным исполнением полной блокировки является создание жесткой связи между корпусом дифференциала, закрепленного на ведомой шестерне главной передачи, и одной из полуосей. В результате такой связи дифференциал теряет возможность распределения вращения и передачи его только на одно колесо.

Простейшее конструктивное исполнение полной блокировки сводится к посадке на шлицы полуоси дополнительной муфты с механизмом управления. На этой муфте, а также на корпусе дифференциала проделаны зубья, которыми осуществляется зацепление этих элементов.

Для блокировки достаточно лишь ввести в зацепление муфту с корпусом и полуось получается жестко связанной с главной передачей.

Полная блокировка используется как на межколесных, так и межосевых дифференциалах внедорожников и имеет исключительно принудительное ручное включение. При этом нередко этот механизм на переднем мосту не используется, чтобы не влиять на управляемость авто.

Принцип работы механизмов полной блокировки идентичен для всех вариантов, отличия заключаются лишь в конструктивном исполнении. А вот приводы их могут быть разными:

механический;
гидравлический;
пневматический;
электрический.

При этом все виды приводов выполняют одну задачу – вводят в зацепление муфту с корпусом.

Механический тип привода представлен в виде системы тяг и рычагов, гидравлический — двумя цилиндрами (главным и рабочим), соединенных между собой трубопроводной магистралью, пневматический – пневмоцилиндром с рабочей камерой, электрический – электродвигателем.

Достоинством жесткой блокировки является обеспечение высокой проходимости авто, поскольку при любых условиях колеса всегда двигаются с одной скоростью.

Но есть и недостатки:

Повышенная нагрузка на трансмиссию;
Невозможность движения по дорогам с твердым покрытием;
Не допускаются высокие скорости передвижения;
Ручное управление.

Несмотря на это многие любители полноценных внедорожников предпочитают именно этот тип блокировки.

Механизмы частичной блокировки

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

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

К этому типу блокировки относятся различные виды муфт:

Повышенного трения;
Вискомуфты;
Электромагнитные.

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

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

Дифференциал повышенного трения

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

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

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

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

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

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

Электронная система

Напоследок упомянем об электронной блокировке. Она не входит в конструкцию трансмиссии, и по сути, не является механизмом. Поэтому этот вариант нередко называют «системой имитации блокировки дифференциала». Но электронная блокировка выполняет ту же функцию – замедляет колесо, потерявшее сопротивление, чтобы перебросить момент на второе колесо. И делает это система путем воздействия на тормозные механизмы.

В целом электронная блокировка является лишь функцией системы ABS. Суть работы очень проста – датчики контролируют скорость вращения ведущих колес и при обнаружении, что одно из них ускорилось, блок управления АБС задействует исполнительный механизм, чтобы притормозить колесо.

Несмотря на то, что электронная блокировка не является механизмом, ее используют все чаще.

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.

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.

blokirovka.ru › Blog › Виды блокировок дифференциала. Классификация.

Блокировок дифференциала для внедорожников существует и выпускается огромное множество, далее будут рассмотрены только межколесные блокировки, т.е. которые используются для распределения момента между колесами на одной оси и устанавливаются в редуктор вместо штатного дифференциала, либо внутрь этого дифференциала.
Статья постепенно будет обновляться, ваши комментарии и замечания крайне приветствуются, чуть позже добавлю поясняющих картинок для каждого типа блокировок.

Разделить их можно на 2 существенных вида:
1. Принудительные (или отключаемые) — водитель из салона с помощью кнопки или рычага может их включить/выключить при необходимости, все принудительные блокировки 100%, т.е. при включении блокировки колеса на одной оси всегда будут крутиться с одной скоростью.
Они в свою очередь разделяются по способу включения:
1a. Пневматические (воздушные или с пневматическим механизмом включения) — для включения необходимо наличие компрессора в системе, к мосту идет силиконовая трубка для подачи воздуха.

Самые распространенные, так как считаются самыми надежными и ремонтопригодными на сегодняшний момент. Включение происходит внутри дифференциала воздухом под давлением,
Пневматические блокировки TJM Pro Locker, ARB Air Locker, HF Air Locker, Yukon ZIP Locker, Ashcroft выпускаются для большинства внедорожников Toyota, Nissan, Suzuki, Isuzu, Mitsubishi, Land Rover, Jeep, Ford, GMC, Dodge, Chevrolet, Chrysler и других.

1б. Механические (тросиковые или с механическим приводом включения) — для включения необходимо установить в салоне рычаг, который тросиком двигает вилку внутри редуктора, замыкающую блокировку.
Механические блокировки OX USA Locker выпускаются только для редукторов Dana и GM. Штатные механические блокировки были на Toyota Land Cruiser 60.

1в. Электро-магнитные (с электро-магнитным механизмом включения) — для включения достаточно подачи 12 В на электро-магнитную муфту установленную на дифференциале.
Электро-магнитные блокировки Eaton E-Locker и Auburn gear ECTED Max выпускаются только для редукторов Dana, GM, Ford, а HF E-Locker и Harrop ELocker также для Toyota, Nissan, Mitsubishi и др.

1г. Электрические (штатные или включение с помощью электро-моторчика) — для включения необходим контроллер управления блокировкой
Электрические блокировки с мотором-актуатором ставились на некоторые модели внедорожников Toyota Land Cruiser 70/80/100/105, Prado 78/95/120, Hilux, Tacoma, FJ Cruiser и др.

1д. Вакуумные (с вакуумным приводом включения) — для включения необходим вакуумный насос(он есть на большинстве внедорожников) и воздушная магистраль с “лягушкой”, которая толкает шток и вилку включения блокировки.
Вакуумные блокировки штатно ставились на Nissan Safari/Patrol, Mitsubishi Pajero, Volvo C303 Laplander и др.

1е. Гидравлические (с гидравлическим приводом включения) — для включения на мост устанавливается привод аналогичный главному тормозному цилиндру, который толкает шток и вилку включения блокировки.
Блокировки с гидравлическим приводом включения выпускаются НИРФИ для мостов УАЗ.

2. Автоматические (самоблокирующиеся, саморазблокирующиеся) — ставятся внутрь редуктора моста вместо штатного дифференциала или внутрь дифференциала вместо сателлитов и сайдгиров. Работают самостоятельно в соответствии с задуманной логикой, не имеют возможности отключения, при установке в передний мост рекомендуется ставить только при наличии муфт свободного хода(механических хабов).

2а. Автоматические саморазблокировки — 100% блокируемый дифференциал, при разной скорости вращения колес одной оси имеет возможность разблокировки, если крутящий момент на кардане не превышает момента на колесе.

Автоматические саморазблокировки Lockright, Powertrax No-Slip, Lokka, Spartan Locker, Aussie Locker, Nitro Lunch Box Locker выпускаются в виде шестерней, заменяющих сателлиты и сайдгиры в шатных дифференциалах.

Более продвинутые саморазблокировки Eaton Detroit Locker, Yukon Grizzly Locker, Kaiser Locker выпускаются уже в виде готового дифференциала, который ставится вместо штатного дифференциала.

2б. Червячные самоблокирующиеся дифференциалы (винтовые) — в дифференциале установлен набор винтовых шестерней, обеспечивающих червячную передачу между корпусом дифференциала и сайдгирами полуосей и таким образом распределяющего момент между полуосями за счет трения в этих шестернях.

Червячные самоблокирующиеся дифференциалы можно разделить на 2 вида Torsen тип T-1 с червячными шестернями перпендикулярными полуосям и тип T-2с червячными шестернями параллельными полуосям, сейчас большинство червячных блокировок для внедорожников типа T-2.
Явные лидеры тут Eaton Detroit Truetrac (заявленный коэффициент блокирования до 80%), Quaife, Torsen и российские Вал-рэйсинг.

2в. Шариковые самоблокирующиеся дифференциалы — в дифференциале имеется набор канавок по которым свободно перемещаются цепочки шариков, обеспечивающие перераспределение момента между корпусом дифференциала и сайдгирами полуосей аналогично червячным блокировкам, производитель гарантирует возможность блокирования до 100%.

Блокировки такого типа выпускаются только в России под брендами ДАК(заявленный коэффициент блокирования до 100%) и ДАН.

2г. LSD (дифференциалы повышенного трения) и дисковые самоблокирующиеся дифференциалы — в дифференциале установлен один или два пакета фрикционов, при разной скорости вращения полуосей пакеты фрикционов за счет трения перераспределяют момент на менее нагруженное колесо.

LSD дифференциалы достаточно часто ставились на японских внедорожниках и кроссоверах на заводе, заявленный коэффициент блокирования обычно не более 30%. Срок службы LSD дифференциалов ограничен и требует обязательного применение специального трансмиссионного масла, обычное “убивает” пакеты фрикционов.
Дифференциалы повышенного трения выпускаются фирмами Eaton Posi LSD, Auburn Gear LSD, Yukon Dura Grip и многими другими для большинства внедорожников.

2д. Кулачковые (БТРвские) блокировки — по сути дифференциал повышенного трения для УАЗ доставшийся в наследство от БТР.

2е. Вязкостная муфта (вискомуфта) — в качестве межколесной блокировки практически не применяется из-за своей инерционности и громоздкости.

Не забывайте лить правильное трансмиссионное масло в соответствии с рекомендациями производителя!
Не забывайте про обкатку и своевременную замену масла — многие производители заявляют что обкатка для их блокировок уже выполнена на заводе и дополнительная не требуется.
Но, при сборке редуктора в нем могли остаться какие-нить посторонние частицы(стружка, пыль, смазка), которые постепенно вымоются, смоется заводское консервационное покрытие от ржавчины, в любом случае сателлиты и сайдгиры будут нарабатывать зеркало и железная пыль будет попадать в масло. Поэтому крайне желательно первые 100 км после установки блокировки сильно не нагружать трансмиссию, а к примеру через 1000 км сменить трансмиссионное масло.

Виды блокировок дифференциала

Блокировка дифференциала — это дополнительное конструктивное решение, позволяющее компенсировать его основные недостатки. Если на сухой ровной дороге дифференциал обеспечивает безопасное маневрирование и комфорт, то при выезде на пересеченную местность или во время движения по скользкому дорожному покрытию он может вообще лишить автомобиль возможности передвигаться. Чтобы этого не происходило, необходимо ограничить функциональность узла или полностью отключить его на некоторое время. Но методы блокировки дифференциала настолько разнообразны, что нужно рассмотреть основные из них по отдельности.

Главный недостаток дифференциала

Дифференциал служит для распределения крутящего момента, поступающего от главной передачи, между полуосями ведущих колес. Крутящий момент постоянен, но соотношение его величины на ведущих колесах в определенных ситуациях должно быть различным.

Эта функция важна, когда автомобиль входит в поворот: внешнее колесо движется по большему радиусу и, соответственно, проходит за равный промежуток времени больший путь, чем внутреннее колесо. Чтобы «успеть» это сделать, угловая скорость внешнего колеса на время прохождения поворота должна повышаться.

Из-за смены направления движения центр тяжести автомобиля смещается в сторону поворота. В результате увеличивается сила сопротивления качению, и внутреннее колесо оказывается под большей нагрузкой, чем внешнее. Оно снижает скорость, дополнительно нагружая свою полуось.

На этом этапе в корпусе дифференциала из-за снижения угловой скорости более нагруженной полуоси внутреннего колеса начинают вращаться сателлиты. Они сообщают больший крутящий момент второй полуоси. Внешнее колесо повышает угловую скорость пропорционально тому, насколько ее снизило внутреннее колесо. Благодаря точному соотношению угловых скоростей машина проходит поворот плавно, без прыжков и пробуксовки.

Тот же принцип распределения крутящего момента действует в ситуации, когда одно из колес буксует в грязи, на льду или попадает на ухаб. Оно получает больший крутящий момент, ослабляя тяговую мощность колеса, находящегося в хорошем сцеплении с дорогой. Критическая ситуация может возникнуть при распределении в процентном соотношении 0% к 100%: автомобиль перестанет двигаться.

Чтобы машина сдвинулась с места, необходимо перераспределить крутящий момент, сообщив большее его значение нагруженному колесу. При работающем дифференциале сделать это невозможно. Поэтому его частично или полностью блокируют.

Типы блокировки

Блокировать работу механизма можно методом прямого соединения его корпуса с нагруженной полуосью или ограничив возможность сателлитов вращаться.

Блокировка имеет следующие виды:

Полная: величина передаваемого крутящего момента достигает 100 %. Детали узла соединяются жестко, лишая его возможности выполнять свои функции.
Частичная: крутящий момент в определенном соотношении распределяется дифференциалом принудительно и за счет ограничения работы его составных частей.

Ручная блокировка дифференциала полноприводного автомобиля

В зависимости от степени участия водителя, блокировка дифференциала может производиться в ручном или автоматическом режиме:

Принудительную блокировку выполняет водитель по мере необходимости (ручная блокировка). Для этого используют кулачковый дифференциал.
Самоблокирующийся дифференциал накладывает ограничения на работу автоматически (автоматическая блокировка). Необходимость блокировки и ее степень определяются разностью крутящих моментов на полуосях ведущих колес или их угловых скоростей. Некоторые разновидности таких систем используют датчик блокировки дифференциала.

Виды блокирующих устройств

Устройство блокировки узла зависит от его типа и применяемого механизма. Различный функционал накладывает ограничения и определяет возможность использования в межколесных или межосевых дифференциалах.

Кулачковое блокирующее устройство

Принудительная блокировка ручным способом осуществляется кулачковой муфтой (на рис. выделена желтой окружностью). Муфта выполняет полную блокировку механизма, жестко соединяя его корпус с нагруженной полуосью.

Кулачковый дифференциал приводят в действие следующие виды приводов:

механический;
гидравлический;
пневматический;
электрический.

Они включаются с помощью рычажного механизма или специальной кнопки на приборной панели (для электропривода).

Благодаря универсальности кулачковый дифференциал применяют на межосевых межколесных механизмов.

Самоблокирующийся дифференциал и его разновидности

Устройство самоблокирующегося (автоматического) дифференциала использует принцип повышения сил трения при изменении условий нагрузки на полуоси ведущих колес. Поэтому его другое название – «дифференциал повышенного трения» или LSD (Limited Slip Differential).

Червячный дифференциал повышенного трения Torsen

Самоблокирующийся дифференциал имеет четыре основные разновидности, зависящие от способа увеличения трения:

дисковый;
червячный;
вискомуфта;
электронная блокировка.

Дисковый механизм

Дифференциал повышенного трения, в котором применяется дисковая муфта, использует принцип автоматической блокировки при изменении угловых скоростей полуосей: чем больше их разность, тем выше степень перераспределения крутящего момента.

Дисковый дифференциал

В LSD этого вида трение создается между пакетами фрикционных дисков. Один фрикционный пакет имеет жесткое соединение с чашкой дифференциала, другие – с полуосями.

При равных скоростях вращения ведущих колес фрикционные пакеты вращаются с одинаковой скоростью. Когда угловая скорость меняется, диски ускоряющейся полуоси передают часть крутящего момента на другую полуось (частичная блокировка) за счет увеличивающейся силы трения с фрикционным пакетом корпуса (чашки).

Степень сжатия в дисковом дифференциале бывает постоянная (осуществляемая пружинами) или переменная (регулируемая гидроприводом).

Червячный механизм

Сателлиты и полуоси, имеющие в качестве привода червячную передачу, нашли широкое применение для создания LSD, который блокируется за счет разности крутящих моментов.

Такая система LSD с червячным приводом называется Torque Sensing (чувствительность к крутящему моменту) или сокращенно – Torsen. Принцип работы червячного механизма предельно прост: повышение крутящего момента на одной полуоси приводит к частичной блокировке и его передаче на другую полуось. При этом никаких дополнительных систем или узлов не требуется: червячный узел является изначально самоблокирующимся за счет свойств привода, в котором червячную шестерню не могут приводить в движение другие шестерни.

Червячный привод используют в межколесных и межосевых дифференциалах различных типов машин.

Вискомуфта

Вискомуфта состоит из набора близко размещенных между собой перфорированных дисков, помещенных в герметичный корпус с силиконовой жидкостью, которые соединены с чашкой и приводным валом.

Вискомуфта

При равенстве угловых скоростей узел работает в обычном режиме. Его блокировка происходит, когда скорость вращения вала увеличивается: диски, расположенные на нем, увеличивают скорость вращения и, перемешивая силикон, приводят к его затвердеванию. Диски чашки принимают и передают крутящий момент на другой вал, усиливая его тяговую мощность.

LSD, функции блокировки в котором выполняет вискомуфта, имеет большие габаритные размеры и применяется в межосевых дифференциалах. Также вискомуфта может работать в полноприводном автомобиле в качестве дифференциала, полностью выполняя его функционал.

Но у нее есть серьезный недостаток: возможный перегрев и периодическая несовместимость с системой ABS. Это привело к тому, что в современных автомобилях вискомуфта используется крайне редко.

Электронная блокировка

Дифференциал повышенного трения, в котором используется система электронной блокировки, реагирует на изменение угловых скоростей ведущих колес.

Управление дифференциалом производится с помощью программного обеспечения. В случае увеличения скорости вращения одного колеса в тормозной системе создается давление, и его скорость снижается. При этом тяговая мощность становится выше, а крутящий момент передается на другое колесо.

Таким образом,дифференциал не оснащается дополнительными элементами и не блокируется, то есть не является LSD по сути. Перераспределение крутящего момента и выравнивание угловых скоростей производится под действием тормозной системы, которая программно управляется антипробуксовочной системой.

Подведем итог

Блокировка дифференциала – важная функция, обеспечивающая безопасность движения и улучшающая управляемость автомобиля в критических ситуациях. Возможность автоматически заблокировать буксующее колесо или ось освобождает водителя от дополнительных действий при смене дорожного покрытия.

Оборудование

Главная
Оборудование
Статьи
Обзор блокировок дифференциала

Обзор блокировок дифференциала

При преодолении бездорожья крайне важно, чтобы крутящий момент от двигателя передавался на все колеса. Но этому может препятствовать дифференциал, который есть в каждой машине. Что бы такого не происходило, заводами – производителями или автосервисами устанавливается так называемые блокировка(и) дифференциала.

Больше половины владельцев 4х4 уверены, что при включенном полном приводе на скользкой поверхности у них работают и тащат автомобиль все четыре колеса. Спешим их «обрадовать», ничего подобного. Если на машине не установлены блокировки дифференциала или антипробуксовочные системы, то полный привод у них до тех пор, пока все покрышки уверенно сцеплены с грунтом. Как только забуксует переднее левое, сразу перестанет тащить переднее правое. Хорошо если заблокирован межосевой дифференциал, тогда будут толкать задние колеса. А если нет? Тогда проблема – одно буксующее колесо заберет на себя всю энергию, остановив три остальных. Но одна межосевая блокировка не спасает. Машины без межколесных блоков частенько попадают в ситуацию диагонального вывешивания, когда два колеса на противоположных углах автомобиля висят в воздухе и бешено вращаются, а крепко стоящие на земле… стоят без движения. Почему? Потому, что так функционируют штатные дифференциалы без блокировок.

Как это работает, вернее не работает

На полноприводных автомобилях устанавливают межосевые и осевые дифференциалы. Первые распределяют вращательную энергию от двигателя между передней и задней осью. Вторые между колесами на одной оси. Распределяет неравномерно и несправедливо. Те колеса, которые вращать легче, например, буксующие, получает больше энергии и крутятся быстрее. А те, которые цепляются за землю и нагружены получают меньше вращения. Сделано это для того, чтобы в поворотах колеса, едущие по разным траекториям крутились с разной угловой скоростью и машина сохраняла управляемость. Но на бездорожье возможна ситуация, когда одно колесо повиснет в воздухе и вся энергия уйдет на него. Чтобы этого не происходило устанавливают межколесные и межосевые блокировки. На многие автомобили производители уже на заводах ставят различные антипробуксовочные системы, которые притормаживают проскальзывающее колесо, заставляя работать противоположное. И как правило, для езды по лужам и снегу этого достаточно. Но если вам этого мало, а для преодоления бездорожье таких систем мало, то можно самостоятельно дооборудовать свой внедорожник блокировками дифференциала. Дифференциалы с блокировками по форме и размеру соответствуют штатным дифференциалам автомобиля и устанавливаются вместо них. Один агрегат меняется на другой и машина приобретает новые возможности.

От простого к сложному

Если быть точным, то термином «Блокировка дифференциала» надо бы обозначать только те устройства, которые жестко блокируют полуоси друг с другом. Сцепляют их намертво, превращая в одну ось. Такие блокировки дифференциала называют «полными». Но так исторически сложилось, что дифференциалы повышенного трения, они же дифференциалы ограниченного проскальзывания, они же «частичные» блокировки в России тоже называют блокировками и самоблокировками (самоблоками). А раз так, то с них и начнем.

Все дифференциалы повышенного трения работают автоматически, обеспечивая перераспределение крутящего момента от буксующего колеса к рабочему без участия человека. Поскольку срабатывают они сами, то и называются самоблокирующимися дифференциалами или коротко “самоблоками”, что не очень правильно, но так повелось. Как показал опрос джиперов, самоблок -самый популярный способ повысить проходимость своего автомобиля. Видимо, потому, что частичные блокировки – это золотая середина между штатным дифференциалом и полными блокировками. Да, с одной стороны, они не перераспределяют все 100% вращения с буксующего колеса. Но с другой стороны, нагрузки и вероятность сломать полуось меньше, чем у «полных». Да и стоят «частичные» заметно скромнее. Инженерных решений, позволяющих убрать ненужную энергию с буксующего колеса и отдать его крепко стоящему на земле много: gov-lock, вискомуфта, дисковая и героторно-дисковые блокировки, червячный, косозубый, винтовой самоблок. Но назначение одно – выравнивать скорость вращения полуосей одно оси. Отличаются только скоростью и жесткостью срабатывания, а также величиной перераспределяемого усилия от 30 до 80 процентов. Обратите внимание – выравнивание скорости вращения колес происходит автоматически, а значит, может случиться на ходу, например, при попадании одного из колес на лед в повороте – неприятная ситуация, чреватая ухудшением управляемости автомобиля. Ничего страшного, но надо научиться чувствовать работу таких дифференциалов и наработать навыки управления машиной, с установленными самоблоками.

Полные блокировки дифференциала

Более эффективный на бездорожье способ улучшить проходимость автомобиля – установить «полную» блокировку. Такие механизмы обеспечивают жесткое соединение полуосей и вращение обоих колес в любой ситуации, что бы ни случилось. При блокировках на обоих мостах и межосевом дифференциале гарантирован реальный привод 4х4. Но есть обратная сторона медали. Перераспределение энергии двигателя ведет к перераспределению нагрузок и их увеличению в 2, а то и в 4 раза, что ведет в поломке как минимум полуосей. Поэтому многие производители поставляют не только сами устройства, но и усиленные элементы трансмиссии. Различают более простые в установке, но менее предсказуемые на дороге автоматические блокировки и более сложные ручные блокировки, управляемые водителем из кабины.

Автоматические полные блокировки дифференциала

Принцип действия, заложенный в полные автоблокировки типа Lockright, Lokka, Spartan Locker, Aussie Locker, Yukon Grizzly Locker, Detroit Locker, Powertrax No-Slip, Kaiser Locker, ДАК (Дифференциал Автоматический Красикова), называют «тракторным». Его суть в том, что полуоси постоянно находятся в соединенном состоянии (заблокированы) и разъединяются только в поворотах, когда одно колесо начинает “обгонять” другое. Устройства надежные, неприхотливые, выдерживающие большие нагрузки, но требующие навыка управления автомобилем. Дело в том, что, если в повороте, когда оси расцеплены и колеса едут по разным траекториям с разной скоростью, газануть, то дифференциал мгновенно сцепится, колеса попытаются поехать синхронно. А в дуге такая синхронность невозможна и машина потеряет управление. При срабатывании в скользкой дуге машину однозначно понесет на внешний радиус поворота. И хорошо если на обочину, а не в другую сторону

Ручные (принудительные) блокировки дифференциала

Как понятно из названия этого класса блокировок, жесткое сцепление полуосей друг с другом выполняет водитель. Все просто, предсказуемо и управляемо. Только надо не забывать включать блокировку на бездорожье и выключать ее при выезде на хорошую дорогу. Иначе как минимум повышенный износ покрышек и деталей, как максимум сюрпризы и проблемы в поворотах.
По способу включения выделяют четыре вида: пневматические, электрические, механические и гидравлические. Задача и принцип действия у всех схожий – дистанционно привести в действие кулачковую муфту, которая либо, жестко сцепит корпус дифференциала с одной из полуосей, либо заблокирует вращение сателлитов. Получится одна сплошная ось, что и требуется. Отличаются типы ручных блокировок только способом управления муфтой и ее устройством.

Механическая блокировка управляется тросиком, прикрепленным к рычагу. Похоже на управление ручным тормозом. Потянул – полуоси заблокировались, отпустил – разблокировались.

Пневматическая блокировка дифференциала включается электрической кнопкой (клавишей, тумблером). Сигнал поступает на пневматический клапан, который открывает доступ сжатого воздуха из баллона по специальной трубке в пневмоцилидр, установленный внутри блокировки. Он и производит сцепку корпуса дифференциала с одной из полуосей. Пневмоблокировки самые распространенные и самые бюджетные варианты, но для их работы требуется компрессор и ресивер, который приобретаются и устанавливаются отдельно.

Гидравлическая блокировка работает так же как и пневматическая, только давление создается не сжатым воздухом, а тормозной жидкостью. Гидросистема, состоящая из двух цилиндров (главного и рабочего), трубок и рычага, устанавливаемого в салоне получается довольно громоздкой. Из-за этого гидравлические блокировки у джиперов непопулярны и встречаются на внедорожниках редко.

В электрических блокировках дифференциала сцепление полуосей производится электромагнитом. Ток потребления 3 Ампера. Система, появившаяся в России совсем недавно, но уже набравшая немало сторонников. И все из-за простоты. Для работы нужна только собственно блокировка, провод и кнопка. Устанавливать просто, все необходимое уже в комплекте, поставить неправильно сложно.

К недостаткам ручных блокировок относят то, что включать их можно только на стоящем автомобиле, действовать они начинают не сразу (надо несколько метров проехать) и необходимо помимо собственно блокировки устанавливать механизм управления. Неудобства небольшие и с лихвой компенсирующиеся безопасностью и удобством использования.

Ставить или нет блокировки дело очень индивидуальное и в этом вопросе много от сиюминутной моды и желания казаться крутым. Если в машине производителем штатно блокировка дифференциала не предусмотрена, то может и устанавливать ее не надо. Известно большое количество примеров, когда машины без блокировок выигрывают соревнования у таких же, но с заблокированными мостами. Все зависит от умения водителя и штурмана. А с другой стороны, автопроизводители делают машины для массового потребителя, многие из которых никогда на бездорожье не поедут. Так, что теперь и джиперам с асфальта не съезжать? Конечно, съезжать. Только включив голову и дооборудовав свой автомобиль.

Текст: Алексей Игнаткович
Иллюстрации А.Игнатковича и с сайтов производителей

Блокировка дифференциала

Особенностью работы свободного дифференциала является то, что при пробуксовке одного колеса (ведущей оси) на другое передается крутящий момент, недостаточный для движения. Блокировка дифференциала предназначена для увеличения крутящего момента на колесе (оси) с лучшим сцеплением.

Для того, чтобы заблокировать дифференциал необходимо выполнить одно из двух действий:

соединить корпус дифференциала с одной их полуосей;
ограничить вращение сателлитов.

В зависимости от степени блокирования блокировка дифференциала бывает полной или частичной. Полная блокировка дифференциала предполагает жесткое соединение частей дифференциала, при котором крутящий момент может полностью передаваться на колесо с лучшим сцеплением.

Частичная блокировка дифференциала характеризуется ограниченной величиной передаваемого усилия между частями дифференциала и соответствующего ей увеличения крутящего момента на колесе с лучшим сцеплением.

Величина повышения крутящего момента на свободном колесе оценивается коэффициентом блокировки. Другими словами, коэффициент блокировки выражает отношение крутящего момента на отстающем (свободном) колесе к моменту на забегающем (буксующем) колесе. Для симметричного свободного дифференциала коэффициент блокировки 1, т.к. крутящие моменты на каждом из колес всегда равны. В заблокированном дифференциале коэффициент блокировки может находится в пределе 3-5. Дальнейшее увеличение коэффициента блокировки нежелательно, т.к. может привести к поломке элементов трансмиссии.

Блокировка дифференциала применяется как на межколесных дифференциалах, так и на межосевых дифференциалах. Блокировка переднего межколесного дифференциала полноприводного автомобиля обычно не производится, чтобы не снижать управляемость.

Блокировка дифференциала может осуществляться принудительно и автоматически. Принудительная блокировка дифференциала производится по команде водителя, поэтому другое ее название ручная блокировка. Автоматическая блокировка дифференциала выполняется с помощью специальных технических устройств – самоблокирующихся дифференциалов.

Принудительная блокировка дифференциала

Принудительная блокировка дифференциала производится, как правило, с помощью кулачковой муфты, обеспечивающей жесткое соединение корпуса дифференциала и одной из полуосей.

Замыкание (размыкание) кулачковой муфты производится с помощью механического, электрического, гидравлического или пневматического привода.

Механический привод объединяет рычаг и тросы или систему рычагов. Блокировка дифференциала производится водителем путем перемещения рычага в определенное положение на неподвижном автомобиле.

Гидравлический привод блокировки дифференциала включает главный и рабочий цилиндры. Исполнительным элементом пневматического привода является пневмоцилиндр (пневмокамера). В электрическом приводе для замыкания муфты используется электродвигатель. Включение блокировки дифференциала (инициация привода) производится путем нажатия соответствующей кнопки на панели приборов.

Жесткая принудительная блокировка применяется для преодоления автомобилем труднопроходимых участков, а при их прохождении обязательно выключается. Применяется в межколесных и межосевых дифференциалах полноприводных автомобилей.

Самоблокирующийся дифференциал

Самоблокирующийся дифференциал (другое название – дифференциал повышенного трения, Limited Slip Differential, LSD) по своей сути является компромиссом между свободным дифференциалом и полной блокировкой дифференциала, т.к. позволяет реализовать при необходимости возможности и того и другого.

Различают два вида самоблокирующихся дифференциалов: блокирующиеся от разности угловых скоростей колес и блокирующиеся от разности крутящих моментов.

К первым относятся дисковый дифференциал, дифференциал с вязкостной муфтой, а также т.н. электронная блокировка дифференциала. Блокируется в зависимости от разности крутящих моментов червячный дифференциал.

Простейший дисковый дифференциал представляет собой симметричный дифференциал, в который добавлены один или два пакета фрикционных дисков. Часть фрикционных дисков жестко связана с корпусом дифференциала, другая часть – с полуосью.

Принцип действия дифференциала повышенного трения дискового типа основан на силе трения, возникающей вследствие разности скоростей вращения полуосей.

При прямолинейном движении корпус дифференциала и полуоси вращаются с одинаковой скоростью, фрикционный пакет вращается как единое целое. При увеличении частоты вращения одной их полуосей, соответствующая ей часть дисков в пакете начинает вращаться быстрее. При этом между дисками возникает сила трения, препятствующая увеличению частоты вращения. Крутящий момент на свободном колесе увеличивается, чем достигается частичная блокировка дифференциала.

Степень сжатия фрикционных дисков может быть фиксированной (реализуется с помощью пружин постоянной жесткости) или переменной (осуществляется с помощью гидравлического привода, в т.ч. с электронным управлением).

Дисковый дифференциал LSD применяется в качестве межколесного дифференциала спортивных автомобилей, а также межосевого дифференциала автомобилей повышенной проходимости.

Вязкостная муфта (другое наименование – вискомуфта) представляет собой набор близко расположенных друг к другу перфорированных дисков, часть из которых жестко соединяется с корпусом дифференциала, другая часть – с приводным валом. Диски помещены в герметичный корпус, заполненный силиконовой жидкостью высокой вязкости.

При вращении корпуса дифференциала и приводного вала с одной скоростью блок перфорированных дисков вращается как одно целое. При увеличении скорости вращения приводного вала, соответствующая ему часть дисков начинает вращаться быстрее и перемешивает силиконовую жидкость. Жидкость твердеет, дифференциал блокируется. На другом приводном валу происходит увеличение крутящего момента. При восстановлении равенства скоростей жидкость теряет свои свойства и муфта разблокируется.

В связи с большим геометрическим размером вискомуфта применяется, как правило, для блокировки межосевого дифференциала. Вязкостная муфта также может использоваться и самостоятельно (вместо межосевого дифференциала) в системе полного привода, подключаемого автоматически.

В силу своей конструкции вискомуфта обладает инерционностью, склонна к нагреву и при торможении конфликтует с антиблокировочной системой тормозов, поэтому в настоящее время на автомобили практически не устанавливается.

Электронная блокировка дифференциала (или просто электронный дифференциал) является функцией антипробуксовочной системы. Реализуется путем автоматического подтормаживания буксующего колеса, сопровождаемого увеличением на нем силы тяги. Соответственно на колесе с лучшим сцеплением увеличивается крутящий момент.

Червячный самоблокирующийся дифференциал обеспечивает автоматическую блокировку в зависимости от разности крутящих моментов на корпусе и полуоси (приводном вале). При проскальзывании колеса, сопровождаемом падением крутящего момента, червячный дифференциал блокируется и перераспределяет крутящий момент на свободное колесо. Блокировка при этом частичная, а ее степень зависит от величины падения крутящего момента.

Известными конструкциями червячных дифференциалов являются дифференциал Torsen (от сокращенного Torque Sensing – чувствительный к крутящему моменту) и дифференциал Quaife. Конструкции данных дифференциалов представляют собой планетарный редуктор, состоящий из червячных шестерен: ведомых (полуосевых) и ведущих (сателлитов). Сателлиты могут располагаться параллельно полуосям (Quaife, Torsen Т-2) или перпендикулярно полуосям (Torsen Т-1).

Особенностью червячной шестерни является то, что она может приводить во вращение другие шестерни, а сама не может вращаться от других шестерен. При этом говорят, червячная шестерня расклинивается. Данное свойство используется для частичной блокировки червячного дифференциала.

Червячные самоблокирующиеся дифференциалы широко применяются как в качестве межколесных, так и межосевых дифференциалов.

Блокировка дифференциала. Основы

Блокировка дифференциала – распределение крутящего момента в тяжелых условиях

Ссылки по теме:

Самоблокирующийся дифференциал: теория – статья, объясняющая принцип работы блокировки дифференциала

Для повышения проходимости автомобиля механизмы дифференциалов делают блокируемыми (блокировка дифференциала). Дифференциал – это механизм, позволяющий колесам автомобиля вращаться с разной относительно друг друга скоростью, это необходимо для качения шин без проскальзывания на поворотах. Причем, если дифференциал установлен между приводами колес (полуосями), его называют межколесным, а если между разными осями – межосевым.

Что, спросите, это дает? Представьте себе такую ситуацию: одно из колес ведущей оси попало в яму с глиной, а другое стоит на твердом грунте. Что произойдет в случае обычного, так называемого свободного дифференциала? Правильно, колесо, угодившее в яму, будет беспомощно буксовать, а колесо, стоящее на твердом грунте, находится в покое, не передавая никакого крутящего момента. Как вы уже поняли, блокировки дифференциалов как раз и служат для устранения этой вопиющей несправедливости. Существуют разные виды блокировки дифференциалов, но в основном блокировки делятся на две большие группы: дифференциалы, которые блокируются жестко, на 100% (так называемые локеры, от английского locker – «замок»), и дифференциалы повышенного трения (в англоязычном варианте – «ограниченного проскальзывания», или LSD – Limited Slip Differencial).

У каждого из этих вариантов есть свои преимущества и недостатки. Главный недостаток «жестких» блокировок дифференциалов – это их удивительная способность к разрушению трансмиссии, коробки передач и износу резины.

Хотя, если подумать, ничего неожиданного в этом нет. Ведь даже находящиеся на очень скользком покрытии колеса постоянно то наезжают на кочки, то падают в ямы и проскальзывают в поворотах. Одним словом, на трансмиссию постоянно воздействуют знакопеременные силы.

Для того чтобы преодолеть врожденный недостаток обычных дифференциалов и жестких дифференциалов, созданы промежуточные конструкции блокировок дифференциалов. Эта конструкция разработана в 1965 году английской фирмой «Quaife Engineering» и относится к цилиндрическим самоблокирующимся дифференциалам повышенного трения (или, как их называют за рубежом, дифференциалам ограниченного проскальзывания — limited slip) или просто самоблокирующаяся блокировка дифференциала.

Принцип её действия несложен. Если с какой-то силой «зажать» сателлиты, не позволяя им вращаться между полуосевыми шестернями с относительно большими скоростями, то дифференциал, с одной стороны, сможет выполнять свою основную работу в поворотах, позволяя колесам вращаться с различными угловыми скоростями, а с другой – будет распределять крутящий момент в тяжелых условиях так, что это позволит колесу, находящемуся в лучших условиях сцепления с дорогой, реализовывать большую силу тяги.

Бесспорное достоинство самоблокирующегося дифференциала «Quaife» – его простота. Две корпусные детали, две полуосевые шестерни, десять шестерен-сателлитов (шестерни цилиндрические), сепаратор — и все! Когда автомобиль движется по прямой, то блокировка «Квайф» работает как обычный дифференциал. Полуосевые шестерни вращаются с одинаковыми скоростями, а сателлиты только передают крутящий момент поровну на оба колеса, вращаясь вместе с корпусом и полуосевыми шестернями как одно целое. А в повороте, когда возникает рассогласование оборотов колес, блокировка дифференциала начинает работать – сателлиты прокручиваются между корпусом и полуосевыми шестернями, позволяя забегать вперед наружному колесу. Самоблокирующийся дифференциал на скользких покрытиях или при избытке тяги может полнее реализовать крутящий момент двигателя.

Переднеприводный автомобиль реагирует на увеличение подачи топлива сносом передней оси – скользит наружу поворота. А самоблокирующийся дифференциал в тех же условиях позволяет еще и тягой «затаскивать» машину в поворот, дает повышение проходимости и чувство уверенности в автомобиле на заснеженных , скользких дорогах и на неоднородных покрытиях типа разбитый асфальт и грунтовка. А лучшая управляемость поможет спортсменам и просто активным водителям при езде в предельных режимах. Благодаря простоте конструкции блокировки дифференциала «Квайф» ресурс её не меньше чем у стандартного заводского дифференциала.

Самоблокирующийся дифференциал «Quaife» для переднеприводных ВАЗ Самоблокирующийся дифференциал «Quaife» для задне- и полноприводных ВАЗ

Блокировка дифференциала — самоблокирующийся дифференциал. Как это работает

Блокировка дифференциала – один из наиболее эффективных способов повышения проходимости колесных автомобилей. В любой машине, которая предназначена для эксплуатации на бездорожье и имеющей межосевой дифференциал, создатели обязательно предусматривают механизм его блокировки. В некоторых случаях, машина оснащается механизмом, который блокирует только межколесный дифференциал заднего моста. Крайне редко в конструкции такого авто присутствует блокировка дифференциала переднего моста.

Аналогично любому техническому решению, блокировка дифференциала имеет определенные достоинства и недостатки. Чтобы понять, в каких конкретно случаях требуется применение блокировки, а когда лучше от нее отказаться, следует для начала понять принципы, на которых основывается ее действие.

Механизм блокировки дифференциала

Как работает блокировка дифференциала

Дифференциал – специфический механизм, который дает возможность колесам ведущей оси вращаться с различной скоростью и подводящий к ним крутящий момент. В трансмиссии машин, оснащенных одной ведущей осью, дифференциал устанавливается между колесными приводами, поэтому он называется межколесным.

В автомобилях с полным приводом данный механизм может располагаться не только между колесами, но и между ведущими осями. В таком случае он называется межосевым дифференциалом. Крутящий момент от двигателя авто подводится к дифференциалу посредством агрегатов трансмиссии – коробки передач, карданного вала, главной передачи и др.

Еще на начальном этапе автомобилестроения перед конструкторами первых машин встала серьезная проблема – при движении по неровной дороге или в повороте ведущие колеса проходят разные отрезки пути. Это приводит к возникновению дополнительной нагрузки на детали трансмиссии и шины автомобиля, ведущей к их усиленному износу. Кроме того, в результате усиления нагрузки ухудшается управляемость транспортного средства. Решить столь серьезную задачу дало возможность применение специфического механизма – дифференциала, который монтируется в приводе ведущих колес и позволяет им при возникновении необходимости и вращаться с различной скоростью.

Тем не менее, классический вариант дифференциала обладает одним существенным недостатком. Так, если одно из ведущих колес попадает на скользкое покрытие, скорость его вращения удваивается. В то же время, второе колесо, которое находится на сухом участке дороги с хорошим покрытием, наоборот, останавливается полностью. При этом автомобиль начинает буксовать, что создает немало проблем для водителя.

Одним из методов борьбы с этим недостатком является использование ручного тормоза, который дает нагрузку буксующему колесу. Однако пользоваться этой методикой следует очень осторожно, чтобы не сдерживать вращение второго колеса. Такой способ обладает довольно высокой эффективностью и давно используется множеством автовладельцев. Хорошим вариантом также может быть применение отдельных рычагов ручного тормоза для каждого из ведущих колес, однако он используется только на некоторых видах внедорожников со специальной конструкцией.

Виды блокировки дифференциала

На сегодняшний день для устранения столь неприятного явления как пробуксовка одного из ведущих колес чаще применяют разные устройства блокировки дифференциалов. Устройства такого типа можно условно разделить на две группы:

дифференциалы с жесткой 100% блокировкой (локеры от англ. locker — «замок»);
дифференциалы повышенного трения (LSD — Limited Slip Differencial – дифференциалы ограниченного проскальзывания).

Каждый из этих типов устройств, использующихся для блокировки дифференциала, обладает определенными достоинствами и недостатками.

Основная цель, для достижения которой используется блокировка дифференциала – обеспечение ведущим колесам возможности для того, чтобы максимально полно использовать силу сцепления с опорной поверхностью для создания тяговой силы, которая необходима для движения машины. Независимо от конструкции механизма блокировки дифференциала, все устройства такого типа имеют одну задачу: обеспечить ведущим колесам нераздельное вращение и связать их между собой.

Особенности конструкции разных типов дифференциалов

Для того чтобы повысить проходимость машины при движении по бездорожью используют самоблокирующиеся дифференциалы, либо аналогичные устройства с принудительной ручной блокировкой.

Дифференциалы принудительной блокировки используются довольно часто. С помощью такого устройства водитель вручную останавливает на время вращение сателлитов и колеса транспортного средства начинают вращаться с одинаковой скоростью. При этом, стоит отметить, что заблокированный дифференциал при движении автомобиля способствует более интенсивному износу шин и значительно увеличивает расход топлива.

Когда взаимный поворот колес на одной оси с включенной блокировкой дифференциала будет больше, нежели это допускается упругой деформацией шин, происходит пробуксовка колес, длящаяся до того момента, пока одно из колес транспортного средства не оторвется от поверхности дороги. Это свидетельствует о том, что водителю не следует забывать о выключении блокировки дифференциала после того, как транспортное средство преодолело тяжей участок дороги и едет дальше в нормальном режиме. В некоторых конструкциях предусмотрена автоматическая разблокировка дифференциала или ограничение возможности приведения в действие механизма блокировки в зависимости от скорости.

Самоблокирующийся дифференциал

Для того чтобы несколько упростить процесс управления, используются самоблокирующиеся дифференциалы. На сегодняшний день, чаще всего используются четыре вида устройств, которые самостоятельно контролируют блокировку дифференциала:

1. Дисковая блокировка, для которой характерна конструкция с фрикционными муфтами. В зависимости от конкретного устройства, в его конструкцию входит одна либо две муфты.

В первом случае муфта расположена между одной из полуосей и коробкой дифференциала и когда оба колеса испытывают одинаковый уровень сопротивления, весь механизм вращается как одно целое, а трение в муфте отсутствует.
При наличии в конструкции двух муфт, для ее нормальной работы необходимо использование специального трансмиссионного масла или различных присадок к обычному маслу. Помимо того, периодически возникает необходимость регулировки в силу износа дисков.

2. Вязкостная блокировка, которая работает по такому же принципу, как и вышеописанная дисковая.

Схема вязкостной муфты:
1 — ведомая ступица; 2 — корпус муфты, связанный с приводным валом; 3 — ведомый диск; 4 — ведущий диск.

3. Винтовая блокировка, отличающаяся низким уровнем износа и использованием обычного трансмиссионного масла.

4. Кулачковая блокировка, которой также свойственна долговечность и возможность использования любых масел.

Преимущества и недостатки разных систем блокировки дифференциала

Главным недостатком жесткого варианта блокировки дифференциала считается его способность к постепенному разрушению трансмиссии. На трансмиссию во время движения автомобиля постоянно воздействуют знакопеременные силы – даже на скользком дорожном покрытии колеса падают в ямы, наезжают на кочки и проскальзывают при совершении поворота.

Если представить себе автомобиль, идущий в крутой подъем по глубокой глинистой колее, при блокировке всех дифференциалов, в какой-то момент времени, весь крутящий момент может быть передан только через одно колесо, расположенное ниже по склону. Как правило, в таких случаях происходит поломка полуосей.

Преимущество дифференциалов, блокировка которых происходит принудительно и осуществляется водителем вручную – они не влияют отрицательно на управляемость транспортного средства в обычном режиме, однако способны обеспечить максимально эффективную работу всех колес при включенной блокировке. Естественно, что многие водители, не обращая внимания на недостатки и сравнительно высокую стоимость таких устройств, выбирают чаще всего дифференциалы именно этого типа. В зависимости от завода-производителя, механизм приведения в действие дифференциала с принудительной блокировкой может быть пневматическим, вакуумным либо электрическим.

Ко второй группе относятся «умные» механизмы – самоблокирующиеся дифференциалы, которые также называют дифференциалами повышенного трения. При нормальных условиях движения транспортного средства устройство такого типа работает аналогично классическому дифференциалу, а в момент пробуксовки одного из колес машины – самостоятельно блокируются. В результате такой схемы действия крутящий момент продолжает поступать в оба колеса и машина способна продолжать движение.

Главным недостатком самоблокирующегося дифференциала является то, что при вхождении автомобиля в поворот такой механизм стремится крутить ведущие колеса машины с одинаковой скоростью. В итоге автомобиль пытается ехать прямо, несмотря на повороты руля, совершаемые водителем.

Тем не менее, самоблокирующийся дифференциал обладает и некоторыми весомыми преимуществами. Так, стоимость его сравнительно доступна, а монтаж проводится легко и быстро. Помимо того, устройство такого типа не требует от водителя каких либо дополнительных действий, помимо повышенной внимательности при выполнении тех или иных маневров. К тому же, самоблокирующийся дифференциал не способен передать весь крутящий момент на одно из колес, что практически полностью исключает вероятность поломки полуосей неопытным водителем.

Видео: блокировка дифференциала.

Вот на этом пожалуй и завершу свою статью. Надеюсь, что всё было понятно!

Блокировки дифференциала

Назначение блокировки

Не стоит на легковом автомобиле выезжать на бездорожье

В целом существующие блокировки делятся на три типа:

Жесткая блокировка

механический;
гидравлический;
пневматический;
электрический.

При этом все виды приводов выполняют одну задачу – вводят в зацепление муфту с корпусом.

Но есть и недостатки:

Повышенная нагрузка на трансмиссию;
Невозможность движения по дорогам с твердым покрытием;
Не допускаются высокие скорости передвижения;
Ручное управление.

Несмотря на это многие любители полноценных внедорожников предпочитают именно этот тип блокировки.

Механизмы частичной блокировки

К этому типу блокировки относятся различные виды муфт:

Повышенного трения;
Вискомуфты;
Электромагнитные.

Дифференциал повышенного трения

Электронная система

Несмотря на то, что электронная блокировка не является механизмом, ее используют все чаще.

Блокировка дифференциала

В первой части нашей статьи мы рассмотрели устройство свободного дифференциала и принцип работы винтового дифференциала повышенного трения. Во второй части мы рассмотрим устройство и принцип действия дискового дифференциала. Итак, дисковый дифференциал повышенного трения (далее ДПТ) состоит из тех же основных частей, что и «свободный» дифференциал, однако в его конструкции есть несколько отличий,

а именно добавлено два пакета стальных фрикционных дисков. Фрикционные диски в дифференциале 2х типов первые (обозначены синим цветом на рис. 1) через шлицевое соединение установлены на полуосевые шестерни и вращаются вместе с ними.

Вторые обозначены оранжевым на рис. 1 в свою очередь имеют «ушки», которыми устанавливаются в пазы на корпусе дифференциала и могут вращаться только вместе с ним. Диски могу свободно вращаться относительно друг друга, но если сжать их между собой с достаточным усилием, то между ними возникнет трение, которое приведет к частичной блокировке дифференциала. А это означает, что корпус дифференциала и шестерни полуосей (а с ним и полуоси) будут вращаться как одно целое.

С этой целью в пространство между шестернями полуосей в корпусе дифференциала установлена пластинчатая пружина, она стремится раздвинуть шестерни, таким образом сжимая пакеты фрикционных дисков с определенным усилием, даже когда дифференциал не вращается. Усилие, с которым пружина сжимает пакеты фрикционов называют «преднатягом» ДПТ. Так же роль пружины может выполнять тарельчатая шайба, которая устанавливается вместе с пакетом фрикционных дисков.

Однако одного лишь усилия пружины недостаточно для полной блокировки дифференциала. При работе дифференциала необходимое усилие сжатия фрикционов вырабатывают непосредственно шестерни полуосей и сателлиты. Дело в том, что эти шестерни конические. У них есть одна особенность: при передаче крутящего момента через коническую зубчатую пару в ней возникает не только окружная сила, но и радиальная, которая стремится «оттолкнуть» шестерни друг от друга.

Шестерни полуосей можуг продольно перемещаться по шлицам привода в определенных пределах.

Таким образом при передаче крутящего момента через коническую зубчатую пару сателлит-шестерня полуоси возникает радиальная сила, стремящаяся раздвинуть шестерни. Шестерня полуоси перемещается на шлицах полуоси сильнее сжимая пакет фрикционов.

Рассмотрим принцип работы ДПТ на примере, который мы рассматривали в первой части нашей статьи. Итак, левое ведущее колесо автомобиля попадает на покрытие со слабыми сцепными свойствами (лед, грязь, пятно масла, и тд.), однако теперь наш автомобиль оснащен дисковым ДПТ. Одно из колес с меньшим сцеплением начинает пробуксовывать, пускай это будет левое колесо. Полуосевые шестерни и сателлиты начинают вращаться относительно корпуса дифференциала и друг друга, между ними возникают радиальные силы, полуосевые шестерни раздвигаются, сжимая фрикционные пакеты. Для вращения правого колеса, находящегося на поверхности с лучшим сцеплением, требуется больший крутящий момент, а это означает что и возникающая в зубчатой паре сателлит- правая полуосевая шестерня раздвигающая (радиальная) сила будет больше, чем с левой стороны. Соответственно пакет фрикционов справа сожмется сильнее и дифференциал распределит больший крутящий момент на правое колесо, сцепление которого с покрытием как мы помним лучше.

С другой стороны, при прохождении поворотов, по крайней мере «на малом газу» ДПТ с небольшими значениями преднатяга ведёт себя почти как открытый дифференциал. «Почти» означает что описанные выше процессы в дифференциале хоть и возникают, т.к. шестерни полуосей движутся с разной скоростью, однако радиальные силы в парах сателлит- полуосевая шестерня в этой ситуации невелики, пакеты фрикционов сжимаются несильно и фрикционные пластины преодолевают силу трения, позволяя полуосям вращаться с разной скоростью. И тут важно понимать, что чем больший крутящий момент будет проходить через дифференциал к ведущим колёсам, тем сильнее будут сжиматься пакеты фрикционов, другими словами, чем сильнее давить на газ в повороте, тем сильнее будет блокироваться дифференциал.

Дисковые блокировки для ВАЗ

Выше мы рассмотрели устройство и принцип работы простейшего дифференциала повышенного трения дискового типа. Выпускаемые сегодня дисковые ДПТ для автомобилей ВАЗ имеют немного отличную конструкцию. Основные отличия видны из рисунка:

Как видно из рисунка ось сателлитов в таком ДПТ не закреплена жестко в корпусе дифференциала, а зажата между двух нажимных чашек, которые своими выступами входят в проточки в корпусе дифференциала, соответственно чашки могут вращаться только вместе с корпусом дифференциала, при этом имея возможность двигаться в проточках поступательно относительно корпуса дифференциала.

Нажимные чашки введены в конструкцию не только для передачи усилия от полуосевой шестерни к пакету фрикционов, но и для обеспечения заданных характеристик блокировки.

Итак, автомобиль едет прямо по дороге, дифференциал и вся его «начинка» вращаются как единое целое левое ведущее колесо автомобиля попадает на участок с плохим сцеплением и начинает буксовать. Полу осевая шестерня правого ведущего колеса при этом начинает проворачиваться относительно корпуса дифференциала, находящиеся с ней в зацеплении сателлиты придут в движение, в зубчатых парах возникнет радиальная сила, за счёт которой пакеты фрикционов начнут сжиматься. Всё как в предыдущем случае, однако есть одно важнейшее отличие на этот раз. Как мы помним, ось с сателлитами закреплена меж двух нажимных чашек, пазы в чашках выполнены фигурными:

Чашки могут раздвигаться, сжимая пакеты фрикционов. При разгоне на равномерном покрытии блокировка также будет срабатывать, но не за счёт радиальных сил в зубчатых парах сателлит-полуосевая шестерня, а только лишь за счёт стремления полуосевых шестерен, сателлитов и, главное, оси сателлитов провернуться относительно нажимных чашек. Ось сателлитов при этом будет давить на скошенные края пазов в чашках, раздвигая их, а чашки в свою очередь будут сжимать пакеты фрикционов. Интенсивность блокировки в таком случае зависит от крутящего момента, проходящего через дифференциал в данный момент и от угла наклона стенок посадочных пазов оси сателлитов в нажимных чашках. Сила, воздействующая на нажимные чашки от оси сателлитов одинакова для обеих чашек, а значит на оба ведущих колеса будет передаваться одинаковый крутящий момент от двигателя.

Данная конструкция ДПТ позволяет точно задавать характеристики блокировки дифференциала меняя профиль пазов в нажимных чашках, причём блокироваться, частично или полностью дифференциал может не только при разгоне, когда водитель нажимает на газ, но и на сбросе газа и при торможении двигателем, тут мы вплотную подходим к трём основным типам дисковых блокировок, которые чаще всего встречаются со следующими обозначаются:

1-WAY – у посадочных гнёзд нажимных чашек скошены только задние (относительно направления вращения дифференциала) стенки. Передние стенки образуют прямой угол с кромкой нажимной чашки, упираясь в них, ось сателлитов не раздвигает нажимные чашки. Такой дифференциал будет блокироваться только при разгоне автомобиля.
1.5 WAY – у посадочных гнёзд нажимных чашек скошены не только задние (относительно направления вращения дифференциала) стенки, но и передние, однако передние скошены под более острым углом. Такая блокировка будет работать как при разгоне, так и при торможении двигателем, однако при торможении она будет блокироваться слабее.
2 WAY – у посадочных гнёзд нажимных чашек скошены и задние и передние стенки, причём под одинаковыми углами. Такая блокировка будет работать как при разгоне, так и при торможении двигателем и блокироваться при этом одинаково интенсивно.

Дисковые ДПТ являются точным и относительно надежным инструментом при доработке автомобиля, благодаря своим характеристикам они позволяют эффективно передать тягу от двигателя к ведущим колёсам на любых покрытиях, а при использовании блокировок 1.5 и 2 WAY способны оказать позитивное влияние на управляемость автомобиля при торможении, прохождении поворотов.

Однако при всех своих достоинствах они обладают и рядом недостатков, в первую очередь это узел, подверженный износу, фрикционные диски истираются, и блокировка работает со временем хуже и хуже, а в какой-то момент потребует разборки и замены пакетов фрикционных дисков. Также при эксплуатации дисковых ДТП требуется заливать в них специальное масло, которое стоит дороже обычного. Момент срабатывания у дисковых блокировок наступает достаточно резко и, если это происходит при маневрировании на переднеприводном автомобиле, возможны довольно сильные рывки рулевого колеса, однако это зависит и от крутящего момента на колёсах. Так что минимизировать этот эффект можно, проходя повороты «на малом газу» и открывать газ уже на самом выходе из поворота.

Кратко подведем итоги всего сказанного выше:

Штатный дифференциал.

Распределяет момент между колесами в соотношении 50/50%. Установлен в автомобиле с завода.

Хорошая управляемость автомобиля;

Низкий износ шин.

Простота управления автомобилем для водителя с любым стажем.

Минусы:

Если одно колесом пробуксовывает, то на второе колесо передается момент равный буксующему.

Разгон не эффективен если одно колесо, например, стоит на льду.

Цена 5000 – 9000 рублей;

Выше проходимость автомобиля на покрытиях с разным коэффициентом сцепления по сравнению со штатным дифференциалом;

Распределяет крутящий момент между колесами вплоть до 30/70% при этом не мешает проходить повороты;

Минусы:

Со временем ослабевает преднатяг.

Применение:

Повседневное вождение, туризм, любительский спорт.