Блокировка дифференциала заднего моста что это такое?

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.

  1. Главный недостаток дифференциала
  2. Типы блокировки
  3. Виды блокирующих устройств
  4. Кулачковое блокирующее устройство
  5. Самоблокирующийся дифференциал и его разновидности
  6. Дисковый механизм
  7. Червячный механизм
  8. Вискомуфта
  9. Электронная блокировка
  10. Подведем итог

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:

  1. Полная: величина передаваемого крутящего момента достигает 100 %. Детали узла соединяются жестко, лишая его возможности выполнять свои функции.
  2. 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:

  1. Принудительную блокировку выполняет водитель по мере необходимости (ручная блокировка). Для этого используют кулачковый дифференциал.
  2. 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:

  1. механический;
  2. гидравлический;
  3. пневматический;
  4. 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:

  1. дисковый;
  2. червячный;
  3. вискомуфта;
  4. 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.

Блокировка дифференциала — что это, как работает, какие бывают виды

Дифференциал в автомобиле играет роль распределяющего элемента, позволяя вращаться колесам с различной скоростью. Это необходимо для нормальной езды в обыкновенных городских условиях, но на бездорожье становится существенным минусом, ограничивая проходимость автомобиля. Поэтому некоторые авто оснащаются специальной блокировкой дифференциала — что это, как функционирует и какие бывают её виды — обо всём этом читайте далее.

Блокировка дифференциала — что это такое и как функционирует

Блокировка дифференциала даёт возможность существенно увеличить крутящий момент у того колеса, которое имеет наиболее лучшее сцепление с дорогой. В ситуациях с диагональным вывешиванием автомобиля или прохождения им сложных грязевых участков блокировка необходима, иначе колесо с меньшим сцеплением возьмёт за себя весь крутящий момент и транспортное средство теряет возможность дальнейшего продвижения. Выражается это, простыми словами, в буксовке и застревании, либо вообще в отсутствии возможности сдвинуться с места (например, при заезде на камни или холмики задним левым и передним правым колесами, когда заднее правое и переднее левое оказываются в воздухе). На крайнем мероприятии, в котором участвовал клуб, при выезде за Володарский лес на Березки, один из наших экипажей на Лада4х4 как раз демонстрировал работу самоблокирующегося дифференциала и его пользу при преодолении брода.

Блокировка дифференциала может выполняться путём соединения самого дифа с любой полуосью, что позволяет уменьшить скорость вращения сателлитов. Блокировать диф можно как полностью, так и частично:

Полная блокировка дифференциала подразумевает под собой полную сцепку, позволяющую почти на 100% передавать крутящий момент на ту ось с колесом, где лучше сцепление. В большинстве ситуаций на бездорожье такая блокировка считается самой оптимальной и предпочтительной;

Частичная блокировка дифференциала функционирует по аналогии с жесткой, но передаёт крутящий момент туда, где есть более высокое сцепление не полностью, а лишь на какой-то определенный процент от 100.

Читайте также  Как выбрать полировальную машинку для автомобиля?

Редуктор ведущего моста

Важным фактом в понимании работы блокировки дифференциала выступает такая штука, как коэффициент блокировки, отображающий соотношение крутящего момента (далее КМ) между шинами с лучшим и худшим сцеплением. Так, на свободном дифференциале он равен единице, что означает одинаковый КМ у обеих шин. На заблокированном же дифе этот коэффициент уже существенно выше (как правило, от трёх до пяти. Возможность сделать его выше есть, но таким образом можно быстро сломать трансмиссию или её определенные элементы).

Блокировка дифференциала чаще всего встречается как межколесная, так и межосевая. В основном устанавливают блокировку в задний мост, так как при монтаже её в передний привод управляемость автомобиля существенно снижается. Хотя для прохождения прямых и коротких участков две блокировки будут предпочтительнее одной в заднем мосту. Но чаще всего автомобили оснащаются именно задней блокировкой, которая без труда ставиться в дифференциалы большинства внедорожников — УАЗ, ВАЗ, многих зарубежных марок. А вот, к примеру, на некоторые современные варианты внедорожников, как Mercedes Sprinter в Off Road модификации, блокировки дифференциала не будет вообще и возможность его установки пока под вопросом.

Межосевой дифференциал

Принудительная и автоматическая блокировка дифференциала

Также нужно помнить, что блокировки заднего дифференциала (да и остальные) различаются способом включения — это может быть ручное, механическое включение или же автоматическое. Механическое включение также называют принудительным — водитель сам, по желанию, активирует блокировку дифференциала. Автоматика же срабатывает самостоятельно, при потере одним из колес сцепления до определенного момента. Автоматику также называют самоблокирующимися дифами или самоблоками. Подробнее о видах блокировки ниже:

Ручная блокировка дифференциала гарантирует полное, почти стопроцентное сцепление корпуса дифа с любой из полуосей. Сцепление осуществляется посредством кулачковой муфты, замыкающейся и размыкающейся, в свою очередь, посредством привода. Устройство, называемое приводом, можно ставить в разных вариантах. Бывает оно электрическим, механическим или гидравлическим (с пневматикой).
Механика очень проста — в кабине водителя есть рычаг, который тросами соединяется с муфтой. Приводя рычаг в нужное для блока положение джипер блокирует дифференциал и начинает преодолевать препятствие. Но блокировать таким образом диф можно только в стоящем на месте авто. Делать это при движении нельзя.
Гидравлика чуть сложнее — авто оснащается несколькими цилиндрами. А главным рабочим элементом пневмопривода становится пневмокамера.
Электронная блокировка дифференциала устроена чуть более сложно — тут замыкание муфты осуществляется посредством маленького двигателя. Но в работу это приводится просто — нажатием нужной кнопки прямо на панели приборов авто.
Ручное блокирование дифференциала возможно как в межосевом варианте, так и в межколесном и нужно помнить, что по обыкновенной дороге или просто твердой поверхности, когда все колеса имеют нормальное сцепление, ездить можно только в свободном режиме. Блок дифа ставят только для преодоления трудного участка дороги или бездорожья. Либо заранее, за несколько метров до начала участка, либо непосредственно в проблемной ситуации, когда машина уже застряла. Естественно, включать блок желательно заранее;

Самоблокирующийся дифференциал также называют дифференциалом повышенного трения или LSD (Limited Slip Differential). На зарубежных, особенно стареньких внедорожниках, это очень популярный вид блокировки, который считается чем-то средним между полным блоком дифа и его не заблокированным состоянием. Вариативность обеспечивает автомобилю автоматическое реагирование на дорожные или бездорожные условия, передавая часть КМ на то колесо, у которого лучшее сцепление.
Можно разделить самоблокирующийся дифференциал на два типа — тот, который блокирует, обращая внимание на разный КМ колес и смотрящий на их разные угловые скорости.
Так, самоблок, работа которого основывается на разнице между угловыми скоростями, может быть представлен дисковым дифференциалом, вискомуфтой (дифференциалом с вязкостной муфтой) или же быть электронным. Во всех случаях блокировка производится непосредственно руководствуясь разницей между КМ колёс.

Такими самоблоками комплектовались Land Rover Defender, последний из которых недавно был выпущен и отправлен в музей.

Дифференциал в разрезе

Чуть позже будут тематические статьи о том, как работает дисковый дифференциал и как функционирует вискомуфта (вязкостная муфта).

Купить блокировку дифференциала желательно каждому джиперу, который хочет более успешно преодолевать серьезное бездорожье. Благо, выбор вариантов и производителей сейчас достаточно широк почти на все марки авто.

Самоблоки: все, что вам нужно знать

Создание универсального механизма, идеально работающего в любых условиях, — голубая мечта каждого конструктора. Однако выверенное на бумаге решение на практике обязательно обрастает своими «но». Иногда случаются парадоксы: достоинство и главное предназначение узла в определенных условиях становятся его недостатками. Характерный пример — свободный дифференциал.

Ахиллесова пята

Для простоты понимания проблемы свободных дифференциалов, используемых на большинстве автомобилей, рассмотрим пример с их межколесными представителями — поскольку межосевые собратья на полноприводных машинах работают аналогично.

Межколесный дифференциал обеспечивает разность частот вращения ведущих колес в повороте. Это важно для борьбы с так называемым паразитным крутящим моментом и для сохранения управляемости автомобиля. Ведь в повороте внешнее колесо идет по более длинной дуге, нежели внутреннее, и при равенстве частот вращения неизбежна пробуксовка.

Схема работает гладко, пока одно из колес не теряет сцепление с дорогой. К примеру, когда правые колёса автомобиля стоят на асфальте, а левые — на льду. В силу своей конструкции обычный дифференциал имеет чрезмерную свободу. Стоящее на льду колесо будет беспомощно вращаться, а опирающееся на асфальт останется неподвижным.

Стремление решить проблему привело инженеров к созданию дифференциалов двух новых видов — с принудительной блокировкой и самоблокирующихся, повышенного трения (LSD, Limited-Slip Differential). Вторая группа получила большее распространение. Такие дифференциалы работают автономно и не требуют какого-либо внешнего привода. Их устанавливают серийно на многие спортивные легковые автомобили и кроссоверы. А можно самому приобрести и установить самоблок на свою машину. Самые ходовые — червячные (винтовые) и дисковые.

Дифференциалы LSD делятся на две группы по принципу действия: срабатывающие от изменения крутящего момента и от разницы угловых скоростей. Винтовые относятся к первой, а дисковые — ко второй.

Дискотека

Вариантов конструкции дисковых самоблоков масса, но основа их едина: в обычный свободный дифференциал добавлены два пакета фрикционных дисков, которые обеспечивают блокировку узла при пробуксовке одного из ведущих колес.

Каждый пакет расположен между корпусом дифференциала и одной из полуосевых шестерён. По конструкции он напоминает фрикционные муфты в автоматических коробках. Одна часть дисков в пакете находится в зацеплении с полуосевой шестерней, а другая — с корпусом дифференциала. При обычном движении автомобиля (например, в повороте) фрикционы разжаты и самоблок никак себя не проявляет: сателлиты обеспечивают разную частоту вращения колес. Но при пробуксовке одного из колес пакеты дисков сжимаются — и полуосевые шестерни обретают прямую связь с вращающимся корпусом дифференциала.

Основное сжатие дисков происходит за счет осевого смещения шестерней полуоси. Последние являются конусными, как и шестерни сателлитов. При передаче момента через такое зубчатое зацепление кроме центробежной силы возникает и осевая. Она стремится развести шестерни. Сателлиты закреплены на своих осях и не могут смещаться. Зато на это способны их полуосевые сёстры, ведь они подвижны на шлицах приводов колес. В результате расхождения к стенкам дифференциала шестерни сжимают свои пакеты фрикционов.

В некоторых самоблоках первоначальное поджатие фрикционов обеспечивает пружина между полуосевыми шестернями. В других вместо них использованы конические пружинные кольца, которые также создают определенный преднатяг. Есть конструкции с замысловатым центральным блоком (см. схему 1), в котором ось сателлитов при смещении, к примеру, во время резкого ускорения автомобиля разжимает большие полукольца — и они сдавливают пакеты фрикционов. Это происходит в дополнение к их сжатию полуосевыми шестернями при пробуксовке колеса.

Червоточина

Среди червячных самоблоков наибольшую известность получил дифференциал Torsen. Его название произошло от английского термина torque sensitive, «чувствительный к крутящему моменту». Такой дифференциал первого типа (Т1) был изобретен еще в 1958 году, тем не менее возможности этой конструкции по сей день остаются непревзойденными.

От свободного дифференциала конструкция Т1 отличается очень сильно. Роль привычных сателлитов играет замысловатая червячная передача, густо «наросшая» поверх полуосевых шестерен. Благодаря особенности своей работы она способна блокировать дифференциал. Дело в том, что червячная передача необратима: перенос момента возможен только от ведущего звена (червяк) к ведомому (полуосевая шестерня). То есть при пробуксовке колеса его полуосевая шестерня не сможет провернуть червяк из-за больших сил трения.

В корпусе Торсена Т1 закреплено три пары поперечных червяков (сателлитов), которые соединены между собой отдельными прямозубыми шестернями, расположенными по краям их осей. Одновременно каждый парный червяк находится в зацеплении со своей полуосевой шестерней. При движении автомобиля в повороте вся эта красота работает подобно сателлитам свободного дифференциала, обеспечивая необходимую разность частот вращения колес. Но как только момент на одном из колес меняется из-за потери сцепления с дорогой, червячная передача блокируется. Причем дело даже не доходит до физической пробуксовки «слабого» колеса.

Читайте также  Esp на авто что это такое?

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.

Блокировка дифференциала: отличие системы вискомуфты от дифференциала Torsen

Коллеги здравствуйте! Вопрос: что такое блокировка дифференциала в автомобиле? Зачем эта блокировка? Это мы сейчас и разберем.

Свободный дифференциал

Для начала проясним, что такое свободный дифференциал.

Свободный, значит ничем не обременен, значит у него нет систем, влияющих на его работу.

Такой дифференциал при пробуксовке одного колеса не передает крутящий момент на другое. Движение автомобиля в тяжелых условиях с таким дифференциалом весьма затруднительно.

Чтобы увеличить проходимость автомобиля, то есть выровнять крутящий момент на оба колеса, нужна блокировка дифференциала.

Если выразиться конкретно, техническим языком, скрепить корпус дифференциала с одной из полуосей, либо заблокировать или затруднить вращение сателлитов.

Особенностью работы свободного дифференциала является то, что при пробуксовке одного колеса (ведущей оси) на другое передается крутящий момент, недостаточный для движения.

Что такое блокировка дифференциала?

Блокировка дифференциала предназначена для увеличения крутящего момента на колесе (оси) с лучшим сцеплением.

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

Блокировка должна быть частичной или полной, это зависит от характера блокировки.

Что значит частичная блокировка? Это когда свободно-вращающая полуось притормаживается, передавая таким образом момент на другое колесо.

Блокировка дифференциала — механизм скрепления корпуса дифференциала с одной из полуосей или блокировка и затруднение вращения сателлитов.

Соотношение величин крутящего момента на колесах оценивается коэффициентом блокировки. Или так можно выразить, отношение величины момента на свободном (отстающем) колесе к величине буксующего (забегающего) колеса.

При симметричной работе свободного дифференциала моменты сил на колеса колёса равны, коэффициент равен 1. При заблокированном дифференциале моменты сил не должны превышать значений от 3 до 5, иначе поломка обеспечена.

Автомобили с блокировкой межколёсного дифференциала, а так же межосевого сейчас встретить не редкость. Полноприводных автомобилей навыпускали уже достаточное количество.

Но чаще используют блокировки межосевого дифференциала, межколесного реже, чтобы не ухудшать управляемость автомобиля.

Само действие блокировки может быть автоматическим, с помощью следящей электроники или чисто механических самоблокирующих дифференциалов, и принудительной, то есть водитель сам принимает решение и включает блокировку.

Принудительная блокировка дифференциала

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

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

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

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

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

Самоблокирующийся дифференциал

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

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

Есть два способа самоблокировки:

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

Принцип простейшего дискового дифференциала

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

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

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

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

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

Сжатие этих фрикционных дисков муфты может быть переменным и фиксированным.

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

Вискомуфта (вязкостная муфта)

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

Читайте также  Jump starter для автомобиля какой лучше?

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

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

Процесс этот происходит постоянно в зависимости от дорожных условий.

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

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

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

Электронная блокировка

Как таковой особой конструкции при такой блокировке нет.

Блокировка осуществляется антипробуксовочной системой, которая контролируется электроникой и реализуется простым подтормаживанием колеса.

Если колесо начинает пробуксовывать, в это время датчик подает сигнал ЭБУ о пробуксовке. Электронный мозг анализирует и подает команду тормозной системе, подтормозить буксующее колесо.

В это время срабатывает механизм дифференциала и моменты сил на колеса выравниваются.

По сути это и не блокировка , а просто выравнивание крутящих моментов. Хотя работает довольно эффективно.

Червячный самоблокирующийся дифференциал

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

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

Конструкционно они могут располагаться параллельно или перпендикулярно полуосям.

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

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

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

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

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

Ну вот как-то так, примерно!

Блокировка дифференциала в автомобиле

Блокировка дифференциала — дополнительное конструктивное решение, компенсирующее его основные недостатки. На сухой ровной дороге дифференциал обеспечивает безопасное маневрирование и комфорт, но при движении по пересеченной местности или по скользкой дороге может полностью лишить автомобиль подвижности. Чтобы этого не произошло, функциональность узла должна быть на время ограничена или полностью деактивирована. Однако способы блокировки дифференциала настолько разные, что нужно рассматривать основные отдельно.

  1. Основной минус дифференциала
  2. Разновидности блокировок
  3. Типы устройств блокировки
  4. Кулачковое устройство блокировки
  5. Самоблокирующейся дифференциал
  6. Дисковый
  7. Червячный
  8. Вискомуфта
  9. Электронная блокировка
  10. Выводы

Основной минус дифференциала

Дифференциал используется для распределения крутящего момента от главной передачи на полуоси ведущих колес. Крутящий момент постоянный, но соотношение его величины на ведущих колесах в определенных ситуациях должно быть разным.

Эта функция важна, когда автомобиль входит в поворот: внешнее колесо перемещается по большему радиусу и, соответственно, преодолевает большее расстояние, чем внутреннее колесо, за тот же период времени. Для того, чтобы успеть, угловая скорость внешнего колеса должна быть увеличенной при повороте.

При изменении направления движения центр тяжести автомобиля смещается в сторону поворота. В результате сила сопротивления качению увеличивается, и внутреннее колесо нагружается сильнее, чем внешнее колесо. Это снижает скорость, а также нагружает полуось.
На этом этапе сателлиты в корпусе дифференциала начинают вращаться из-за уменьшения угловой скорости более нагруженного полуоси внутренней шестерни. Они придают второй полуоси больший крутящий момент. Внешнее колесо увеличивает угловую скорость пропорционально тому, насколько внутреннее колесо ее опускает. Благодаря точному соотношению угловых скоростей автомобиль поворачивает плавно, без прыжков и скольжения.
Тот же принцип распределения крутящего момента применяется, если одно из колес поскальзывает в грязи, на льду или на неровностях. Он увеличивает крутящий момент за счет ослабления тягового усилия колеса при хорошем сцеплении с дорогой. Критическая ситуация может возникнуть при распределении от 0% до 100%: машина останавливается.
Чтобы автомобиль двигался, необходимо перераспределить крутящий момент, чтобы передать его большее значение заряженному колесу. Это невозможно при работающем дифференциале. Поэтому он частично или полностью заблокирован.

Разновидности блокировок

Можно заблокировать работу механизма, напрямую соединив его корпус с нагруженной полуосью или ограничив возможность вращения сателлитов.
Различают следующие виды блокировки:

  • Полный: передаваемый крутящий момент достигает 100%. Детали дифференциала жестко связаны между собой и как следствие он не может выполнять свои функции.
  • Частичный: крутящий момент в определенном соотношении принудительно распределяется через дифференциал и ограничивает работу его элементов.

В зависимости от степени участия водителя блокировка дифференциала может осуществляться вручную или автоматически:

  • Принудительная блокировка выполняется водителем по мере необходимости (ручная блокировка). Для этого используется кулачковый дифференциал.
  • Самоблокирующийся дифференциал автоматически устанавливает пределы работы (автоматическая блокировка). Требование к блокировке и ее степень определяются разницей крутящих моментов на полуосях ведущих колес или их угловых скоростей. В некоторых типах таких систем используется датчик блокировки дифференциала.

Типы устройств блокировки

Блокирующее устройство узла зависит от его типа и используемого механизма. Различные функции ограничены и определяют возможность их использования в межосевых или межколесных дифференциалах.

Кулачковое устройство блокировки

Принудительная блокировка происходит вручную через кулачковую муфту. Муфта полностью блокирует механизм и жестко соединяет его корпус с нагруженной полуосью.
Кулачковый дифференциал приводится в действие приводами следующих типов:

  • механический;
  • гидравлический;
  • пневматический;
  • электрический.

Они включаются рычажным механизмом или специальной кнопкой на панели приборов (для электропривода).

Благодаря своей универсальности кулачковый дифференциал используется в межосевых и межколесных механизмах.

Самоблокирующейся дифференциал

Самоблокирующееся (автоматическое) дифференциальное устройство использует принцип увеличения сил трения при изменении условий нагрузки на полуоси ведущих колес. Отсюда и другое название — «дифференциал повышенного трения» или LSD (Limited Slip Differential).

Дифференциал повышенного трения имеет четыре основных варианта в зависимости от способа увеличения трения:

  • дисковый;
  • червячный;
  • вискомуфта;
  • электронная блокировка.

Дисковый

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

При использовании этого типа LSD между дисками возникает трение. Один фрикционный пакет имеет жесткое соединение с чашкой дифференциала, другие — с полуосями.

Фрикционные пакеты вращаются с одинаковой скоростью, когда ведущие колеса вращаются тоже, с одной и той же скоростью. При изменении угловой скорости диски ускоряющейся полуоси передают часть крутящего момента на вал другой полуоси (частичная блокировка) за счет увеличения силы трения с фрикционным пакетом корпуса (чашкой).

Степень сжатия в дисковом дифференциале может быть постоянной (за счет пружин) или переменной (гидравлически управляемой).

Червячный

Сателлиты и полуоси с червячной передачей в качестве привода часто используются для создания LSD, блокируемого в результате разности крутящих моментов.

Эта система LSD с червячным приводом известна как Torque Sensing или сокращенно — Torsen. Принцип работы червячной передачи чрезвычайно прост: увеличение крутящего момента на одной полуоси приводит к частичной блокировке и его передаче на другую полуось. В этом случае не требуются никакие дополнительные системы или агрегатов, червячный узел изначально является самоблокирующимся из-за свойств привода, в котором другие шестерни не могут приводить в движение червячную передачу.
Червячный привод применяется в колесных и межосевых дифференциалах различных типов машин.

Вискомуфта

Вязкостная муфта состоит из набора близко расположенных перфорированных дисков, которые размещены в герметичном корпусе с силиконовой жидкостью и соединены с чашкой и приводным валом.

При одинаковых угловых скоростях устройство работает в штатном режиме. Его блокировка происходит при увеличении скорости вала: диски на нем увеличивают скорость и, перемешивая силикон и заставляют его затвердеть. Диски чашки получают и передают крутящий момент на другой вал, увеличивая его тяговое усилие.

LSD, блокирующую функцию которого выполняет вязкостная муфта, имеет большие габаритные размеры и применяется в межосевых дифференциалах. Вязкостная муфта также может использоваться как дифференциал полноприводного автомобиля и полностью выполняет его функции.

Однако у нее есть один серьезный недостаток: возможен перегрев и периодическая несовместимость с системой ABS. Это привело к тому, что вискомуфты используются в современных автомобилях крайне редко.

Электронная блокировка

Дифференциал повышенного трения, в котором используется электронная система блокировки, реагирует на изменение угловой скорости ведущих колес.

Дифференциал управляется программно. По мере увеличения скорости колеса в тормозной системе повышается давление, и его скорость уменьшается. Это увеличивает тяговое усилие и передает крутящий момент на другое колесо.

Таким образом, дифференциал не оборудован дополнительными элементами и не блокируется, то есть по сути это не LSD. Перераспределение крутящего момента и выравнивание угловых скоростей происходит под действием тормозной системы, управляемой антипробуксовочной системой.

Выводы

Блокировка дифференциала — важная функция для безопасности вождения и улучшения управляемости автомобиля в критических ситуациях. Возможность автоматической блокировки буксующего колеса или оси и освобождает водителя от дополнительных действий при смене дорожного покрытия.