Блокировка моста – Что такое дифференциал и для чего нужны блокировки

Что такое дифференциал и для чего нужны блокировки

Дифференциал — это механическое устройство, которое передает крутящий момент с одного источника на два независимых потребителя таким образом, что угловые скорости вращения источника и обоих потребителей могут быть разными относительно друг друга.

Дифференциа́л — это механическое устройство, которое делит момент входного вала между выходными валами, называемых полуосями. Наиболее широко применяется в конструкции привода автомобилей, где момент от выходного вала коробки передач (или карданного вала) поровну делится между полуосями правого и левого колеса.

Такая передача момента возможна благодаря применению так называемого планетарного механизма. В автомобилестроении, дифференциал является одной из ключевых деталей трансмиссии. В первую очередь он служит для передачи момента от коробки передач к колёсам ведущего моста.

Почему для этого нужен дифференциал ? В любом повороте, путь колеса оси, двигающегося по короткому (внутреннему) радиусу, меньше, чем путь другого колеса той же оси, которое проходит по длинному (внешнему) радиусу.

В результате этого, угловая скорость вращения внутреннего колёса должна быть меньше угловой скорости вращения внешнего колеса. В случае с не ведущим мостом, выполнить это условие достаточно просто, так как оба колеса могут не быть связанными друг с другом и вращаться независимо.

Но если мост ведущий, то необходимо передавать крутящий момент одновременно на оба колеса (если передавать момент только на одно колесо, то возможность управления автомобилем по современным понятиям будет очень плохой).

При жесткой же связи колёс ведущего моста и передачи момента на единую ось обоих колёс, автомобиль не мог бы нормально поворачивать, так как колеса, имея равную угловую скорость, стремились бы пройти один и тот же путь в повороте.

Дифференциал позволяет решить эту проблему: он передаёт крутящий момент на раздельные оси обоих колёс (полуоси) через свой планетарный механизм с любым соотношением угловых скоростей вращения полуосей. В результате этого, автомобиль может нормально двигаться и управляться как на прямом пути, так и в повороте.

Однако, ввиду физики устройства, у планетарного механизма есть очень нехорошее свойство: он стремится передать полученный крутящий момент туда, куда легче. Например, если оба колеса моста имеют одинаковое сцепление с дорогой и усилие, необходимое для раскручивания каждого из колёс одинаковое, дифференциал будет распределять крутящий момент равномерно между колёсами.

Но стоит только появится ощутимой разнице в сцеплении колёс с дорогой (например, одно колесо попало на лёд, а другое осталось на асфальте), как дифференциал тут же начнёт перераспределять момент на то колесо, усилие для раскрутки которого наименьшее (то есть на то, которое находится на льду).

В результате, колесо, находящееся на асфальте перестанет получать крутящий момент и остановится, а колесо, находящееся на льду примет на себя весь момент и будет вращаться с увеличенной угловой скоростью, причем планетарный механизм будет играть роль редуктора, повышающего скорость вращения этого колеса.

Естественно, это явление сильно ухудшает проходимость и управляемость автомобиля. Ведь по логике вещей, в рассмотренной ситуации момент желательно передавать на колесо, расположенное на асфальте, чтобы автомобиль мог продолжить движение.

В полноприводных автомобилях дифференциалом обычно оборудованы два моста, а зачастую дифференциал можно обнаружить еще и между мостами (межосевой дифференциал). Таким образом, мы получаем схему трансмиссии, в которой присутствуют целых три дифференциала: два мостовых и один межосевой.

Последний необходим для постоянного движения с полным приводом и передачей момента на все четыре колеса. Ведь в повороте колёса рулевого моста (обычно переднего) имеют совсем другие угловые скорости, нежели чем колёса заднего моста.

Межосевой дифференциал призван передавать крутящий момент от коробки передач к обоим ведущим мостам с разным соотношением угловых скоростей. Такая схема с тремя дифференциалами является одной из самых распространённых схем для постоянного полного привода (Full time 4WD).

Однако, это уже тема другого раздела. В данном разделе нас интересует дифференциал и его свойства. Возвращаясь к вышеописанному проблемному свойству планетарного механизма, интересно рассмотреть ситуацию, когда полноприводный автомобиль с межосевым дифференциалом одним из четырёх колёс попал на тот же лёд (или в скользкую яму). Что тогда произойдёт ?

Дифференциал моста, колесо которого находится на льду, отдаст весь полученный крутящий момент на это колесо. Межосевой дифференциал, в свою очередь, тоже стремится передать крутящий момент туда, куда легче. Естественно, межосевому дифференциалу легче отдать момент на мост с прокручивающимся на льду колесом, нежели чем на мост, колёса которого имеют хорошее сцепление с дорогой и могут двигать автомобиль.

В результате, весь крутящий момент от двигателя и коробки передач пойдёт на раскручивание единственного колеса, находящегося на льду. Остальные три колеса остановятся и не будут получать никакого крутящего момента от дифференциалов.

Итог: из четырёх ведущих колёс осталось только одно, которое проскальзывает на льду — полноприводный автомобиль «застрял». Как же заставить дифференциалы передавать крутящий момент на колёса с более хорошим дорожным сцеплением ? Для этого были разработаны различные способы частичной и полной, ручной и автоматической блокировки дифференциалов, которые будут рассмотрены ниже.

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

Полная (100%-я) ручная блокировка.

При таком типе блокировки, дифференциал фактически перестаёт выполнять свои функции и превращается в простую муфту, жестко связывающую полуоси (или карданы) между собой и передающую им одинаковый крутящий момент с одинаковой угловой скоростью. Для того, чтобы полностью заблокировать классический дифференциал, достаточно либо заблокировать возможность вращения сателлитов, либо жестко соединить между собой чашку дифференциала с одной из полуосей. Такая блокировка как правило реализована при помощи пневматического, электрического или гидравлического привода, управляемого водителем из салона автомобиля. Применяется как для мостовых, так и для межосевых дифференциалов. На картинке изображена схема блокировки компании ARB для мостового дифференциала, в которой блокируются сателлиты.

Включать подобного рода блокировки можно только при полностью остановленном автомобиле. Пользоваться ими надо крайне аккуратно, так как усилия мотора вполне достаточно чтобы «сорвать» механизм блокировки или поломать полуось. Применять такие блокировки желательно только на небольших скоростях для передвижения по труднопроходимой местности, так как при их применении в мостах (особенно в рулевых), автомобиль очень сильно теряет в управляемости. Как правило, жесткими блокировками мостовых и межосевых дифференциалов оборудуются полноценные рамные внедорожники, такие как Toyota Land Cruiser, 4Runner (Hilux Surf), Mercedes G-Class и. т. п.

Limited Slip Differentials — дифференциалы с ограниченным «проскальзыванием» (одной полуоси относительно другой).

Автоматическая блокировка с использованием
вискомуфты в качестве «Slip Limiter».

В этом случае применяется блокировка одной из полуосей с чашкой дифференциала. Вискомуфта монтируется соосно полуоси таким образом, что один её привод жестко крепится к чашке дифференциала, а другой — к полуоси. При нормальном движении угловые скорости вращения чашки и полуоси одинаковые, либо незначительно отличаются (в повороте). Соответственно, рабочие плоскости вискомуфты имеют такое же небольшое расхождение в угловых скоростях и муфта остаётся разомкнутой. Как только одна из осей начинает получать ощутимо больший момент и более высокую угловую скорость вращения относительно другой, в вискомуфте появляется трение и она начинает блокироваться. Причем, чем больше разница в скоростях, тем сильнее трение внутри вискомуфты и степень её блокировки. По мере увеличения степени блокировки вискомуфты и выравнивания угловых скоростей чашки и полуоси, трение внутри вискомуфты начинает падать, что ведёт к плавному размыканию вискомуфты и отключению блокировки. Данная схема применяется для межосевых дифференциалов, так как её конструкция слишком массивна для установки на мостовой редуктор. (Схема на картинке) Подобный механизм блокировки хорошо подходит для эксплуатации в условиях плохого дорожного покрытия, однако, в условиях настоящего бездорожья его способности далеко не выдающиеся: вискомуфта не справляется с постоянными сменами состояний сцепления мостов с грунтом, запаздывает при включении, перегревается и выходит из строя. Данный тип блокировки межосевого дифференциала можно встретить на «паркетных» внедорожниках: Toyota Rav4, Lexus RX300 и. т. п.

Кулачковые и зубчатые автоматические блокировки.

   

Принцип работы этих блокировок достаточно прост. Вместо классического шестеренчатого планетарного механизма используются кулачковые или зубчатые пары, которые при небольшой разнице в угловых скоростях полуосей имеют возможность взаимно проворачиваться (перескакивать), а при пробуксовке заклиниваются и блокируют полуоси друг с другом. Нетрудно себе представить, что происходит с автомобилем при срабатывании такой блокировки в повороте.

Некоторые экземпляры просто отключают одну из полуосей в момент возникновения небольшой разницы скоростей. Именно поэтому, штатно такими блокировками оборудуются только дифференциалы военной и специальной техники (БТР и. т. п.)

На картинках изображены (слева направо): кулачковая блокировка отечественного производства (БТР 60), Detroit Locker и Detroit E-Z Locker (компания Tractech).

Самоблокирующиеся дифференциалы.

 

Устройство таких дифференциалов довольно простое и принципиально ни чем не отличается от устройства обычного открытого дифференциала. Между полуосями и чашкой дифференциала добавлены комплекты блоков фрикционных пластин (которые помечены на картинке справа красными точками). Именно поэтому, подобные дифференциалы часто именуют «friction based LSD». Когда дифференциал пытается перераспределить крутящий момент на одну из полуосей и начинает возникать разница в угловых скоростях полуосей и чашки, пластины под действием силы трения сдерживают возникновение этой разницы. Разумеется, когда величина крутящего момента превосходит силу трения пластин, всё вращение передаётся на более легко вращаемую полуось. Такие блокировки работают в сравнительно небольшом диапазоне отношения моментов.

Довольно часто фрикционные блоки подпружинивают. Такие дифференциалы штатно устанавливаются в задний мост многих внедорожников — Toyota 4Runner (Hilux Surf), Nissan Terrano, Kia Sportage и. т. п. Американская компания ASHA Corp. пошла дальше, снабдив пакет фрикционов LSD дифференциала устройством блокировки, состоящего из насоса с поршнем (Героторный дифференциал). При возникновении разности в угловых скоростях полуоси и чашки насос нагнетает масло (жидкость) на поршень и сдавливает фрикционный блок, тем самым блокируя дифференциал. Данная конструкция получила название Gerodisk (Hydra-Lock) и штатно устанавливается на внедорожники Chrysler (на картинке слева). Практически для всех friction based дифференциалов необходимо применять специальное масло, которое содержит присадки, обеспечивающие нормальную работу фрикционных блоков.

Torque sensitive differentials.

 

 

  

 

 

Это одна из самых интересных, эффективных, технологичных и практически применяемых форм блокировки дифференциалов. Принцип работы основан на свойстве гипоидной пары «расклиниваться». В связи с этим, основные (или все) зацепления в таких дифференциалах гипоидные (червячные, или в простонародье — винтовые). Разновидностей конструкций не так уж и много — можно выделить три основных типа.

Первый тип производит компания Zexel Torsen. (T-1) Гипоидными парами являются шестерни ведущих полуосей и сателлиты. При этом каждая полуось имеет собственные сателлиты, которые парно связанны с сателлитами противоположной полуоси обычным прямозубым зацеплением. Следует отметить, что ось сателлита перпендикулярна полуоси. При нормальном движении и равенстве передаваемых на полуоси моментов, гипоидные пары «сателлит / ведущая шестерня» либо остановлены, либо проворачиваются, обеспечивая разницу угловых скоростей полуосей в повороте.

Как только дифференциал пытается отдать момент на одну из полуосей, то гипоидную пару этой полуоси начинает расклинивать и блокировать с чашкой дифференциала, что приводит к частичной блокировке дифференциала. Данная конструкция работает в самом большом диапазоне отношений крутящего момента — от 2.5/1 до 5.0/1, то есть является самой мощной в серии. Диапазон срабатывания регулируется углом наклона зубцов червяка.

Автором второго типа является англичанин Rod Quaife. В данном случае, оси сателлитов параллельны полуосям. Сателлиты расположены в своеобразных карманах чашки дифференциала. При этом парные сателлиты имеют не прямозубое зацепление, а образуют между собой еще одну гипоидную пару, которая расклиниваясь, так же участвует в процессе блокировки (на второй картинке). Подобное устройство имеет и дифференциал True Trac компании Tractech. Даже у нас в России появилось производство аналогичных дифференциалов под отечественные автомобили УАЗ и. т. д.

А вот компания Zexel Torsen в своём дифференциале T-2 предложила немного другую компоновку по сути, того же устройства (на картинке справа). Благодаря своей необычной конструкции, парные сателлиты соединены между собой со внешней стороны солнечных шестерней. По сравнению с первым типом, эти дифференциалы имеют меньший диапазон работы блокировки, однако они более чувствительны к разнице передаваемого момента и срабатывают раньше (начиная от 1.4/1). Компания Tractech недавно выпустила мостовой torque sensitive дифференциал Electrac, снабженный принудительной электроприводной блокировкой.

Третий тип производится компанией Zexel Torsen (Т-3) и используется в основном для межосевых дифференциалов. Планетарная структура конструкции позволяет сместить номинальное распределение момента в пользу одной из осей. Например, используемый на 4Раннере 4-го поколения дифференциал Т-3 имеет номинальное распределение момента 40/60 в пользу задней оси. Соответственно, смещен и весь диапазон работы частичной блокировки: от (front/rear) 53/47 до 29/71.
В целом, смещение номинального распределения момента между осями возможно в диапазоне от 65/35 до 35/65. Срабатывание частичной блокировки происходит при 20-30% разнице в передаваемых на оси моментах. Так же, подобная структура дифференциала делает его компактным, что в свою очередь, упрощает конструкцию и улучшает компоновку раздаточной коробки.
Вышеописанные torque sensitive дифференциалы очень популярны в автоспорте. Более того, многие производители устанавливают такие дифференциалы на свои модели штатно, как в качестве межосевых, так и межколёсных дифференциалов. Например, Тойота устанавливает такие дифференциалы как на легковые автомобили (Supra, Celica, Rav4, Lexus IS300, RX300 и. т. д), так и на внедорожники (4Runner / Hilux Surf, Land-Cruiser, Mega-Cruiser, Lexus GX470) и автобусы (Coaster Mini-Bus). Данные дифференциалы не требуют применения специальных присадок к маслу (в отличии от friction-based дифференциалов), однако лучше использовать качественное масло для нагруженных гипоидных передач.

Управление работой дифференциалов при помощи электронных систем контроля тормозных усилий (Traction Control и т. п.)

В современном автомобилестроении применяется всё больше и больше электронных систем контроля за движением автомобиля. Уже редко можно встретить автомобили, не оснащенные системой ABS (не дающей колёсам заблокироваться при торможении). Более того, уже с конца 80-х годов прошлого века передовые производители стали комплектовать свои флагманские модели системами контроля тяги и сцепления колёс — Traction Control. Например, Тойота установила систему Traction Control на Lexus LS400 в 1989 (90) году. Принцип работы такой системы прост: универсальные (так же обслуживают ABS) датчики вращения, установленные на контролируемых колёсах, фиксируют начало пробуксовки одного колеса оси относительно другого и система автоматически притормаживает забуксовавшее колесо, тем самым увеличивая на него нагрузку и вынуждая дифференциал отдать момент на колесо с хорошим сцеплением. При сильной пробуксовке, система так же может ограничивать подачу топлива в цилиндры. Работа такой системы очень эффективна, особенно на заднеприводных автомобилях. Как правило, при желании такую систему можно принудительно деактивировать кнопкой на приборной панели. Со временем, электронная система контроля тормозных усилий совершенствовалась и к ней добавлялись всё новые функции, работающие наряду с ABS и TRAC. (например управление разностью разблокировки рулевых колёс для более успешного прохождения поворотов). У всех производителей эти функции назывались по разному, однако смысл при этом оставался одинаковым. И вот, данные системы стали устанавливаться на полноприводные автомобили и внедорожники, причем в некоторых случаях они являются единственным средством контроля тяги и перераспределения крутящего момента между осями и колёсами (Mercedes ML, BMW X5). В случае, если внедорожник оснащен более серьёзными средствами распределения крутящего момента (жесткими блокировками и/или самоблокирующимися дифференциалами), то электронная система контроля тормозных усилий очень удачно дополняет эти средства. Хороший пример тому — великолепная управляемость и проходимость последнего поколения Тойотовских внедорожников 4Runner (Hilux Surf), Prado, Lexus GX470. Являясь представителями одной платформы, они обладают межосевым дифференциалом Torsen T-3 с возможностью жесткой блокировки, а так же электронной системой контроля тормозных усилий и тяги со множеством функций, помогающих водителю управлять автомобилем.
 

26 января 2012 в 00:56

www.ohotniki.ru

Блокировка заднего моста

Повышение проходимости автомобиля

Блокировка заднего моста — это самый эффективный способ повысить проходимость автомобиля. Сегодня практически во всех автомобилях, которые предназначены для бездорожья и имеется межосевой дифференциал, оборудованный механизмом блокировки моста.

Устройство, которое блокирует межколесный дифференциал, встречается реже, ещё реже можно найти блокировку дифференциала переднего моста и это неудивительно.

Как и любое техническое решение в блокировке заднего моста есть свои «плюсы» и «минусы». Нужно хорошо ориентироваться в вопросе: когда дифференциал блокировать можно, а когда нет.

Для того чтобы это понять, необходимо представлять принцип действия блокировки, что при этом изменяется, что представляет собой сам дифференциал.

Постараемся упрощённо ответить на вопрос «как оно работает?». Дифференциал работает в трёх основных режимах: прямолинейное движение, повороты, пробуксовка. При пробуксовке колеса автомобиля можно сравнить с вашими ногами, которые разъезжаются на льду.

Прыгнуть вы не сможете, так как не имеете возможность хорошо оттолкнуться.

А вот если ремнем перетянуть ноги и, так сказать, превратить их в одну, то толчковая сила вашей «одной ноги» значительно увеличится. Так же взаимодействуют и ведущие колеса.

Если, к примеру, левое колесо попало на лед, а правое на асфальте, то левое начнёт буксовать, а у правого сцепление с дорогой останется нормальным. Дифференциал не сможет подвести большой крутящий момент к левому колесу, как бы мы не старались. Так вот роль дифференциала в том, что крутящий момент он делает равным на оба колеса.

То есть, если на левом у нас момент не большой, то такой же он будет и на правом. При работе дифференциала мы «забуксовываем» оба колеса. А далее вступает тот механизм, который блокирует шестерни дифференциала и связывает между собой колёса жесткой связью. И «единым целым колесом» автомобиль сдвигается с места.

Таким образом, основная задача дифференциала – это обеспечение ведущим колёсам полного задействия силы сцепления для создания тяги, чтобы привести автомобиль в движение.
Как вы поняли, необходимость использовать блокировку дифференциала появляется тогда, когда разность между сцеплениями колес становится существенной.

vsepoedem.com

Блокировка дифференциала | SUPROTEC | СУПРОТЕК

В зависимости от количества ведущих мостов, которыми оборудована конкретная модель транспортного средств, механизм дифференциала может быть установлен между колесами (межколесный дифференциал), а также между осями автомобиля.

Одним из важнейших узлов трансмиссии автомобиля, который до сих пор продолжает совершенствоваться конструкторами всех ведущих автопроизводителей мира и независимыми разработчиками, является дифференциал. Этот механизм, непосредственно связанный с полуосями колес ведущего моста, «отвечает» за передачу на них крутящего момента. Еще одной, не менее важной функцией дифференциала, является обеспечение возможности несинхронного вращения ведущих колес, вынужденных проходить различный путь при преодолении поворотов и движении по нервной дороге.

Недостатки свободного дифференциала и простейших систем жесткой блокировки

В зависимости от количества ведущих мостов, которыми оборудована конкретная модель транспортного средств, механизм дифференциала может быть установлен между колесами (межколесный дифференциал), а также между осями автомобиля. Как, например, во многих моделях внедорожников с полным приводом. В таких случаях данный механизм называют межосевым дифференциалом. Несмотря на отработанную до мелочей конструкцию классического «свободного» дифференциала, это устройство имеет один, но очень существенный недостаток.

Проскальзывающее в грязи или на льду колесо ведущей оси практически полностью отбирает крутящий момент у другого колеса, которое останавливается и уже не может обеспечить продвижение автомобиля вперед или назад, несмотря на уверенное сцепление с дорогой. Кроме того, владельцам внедорожников, увлекающихся поездками по экстремальному бездорожью, хорошо знакома ситуация, когда во время преодоления сложных препятствий одно из колес остается на вису, полностью принимая на себя крутящий момент двигателя.

К счастью, в распоряжении водителя практически каждого, даже основательно подержанного джипа имеется кнопка блокировки межколесного дифференциала. Устройства принудительного торможения осевого вращения шестерен — сателлитов, связывающих ведомую шестерню моста с полуосями, впервые появились на внедорожниках иностранного производства более 50 лет назад. Однако дифференциалы с возможностью ручного включения жесткой взаимной блокировки ведущих колес также не лишены недостатков.

Вынужденно вращаясь с одинаковыми скоростями, колеса ведущего моста способны сдвинуть с места автомобиль, буксующий одной стороной на льду или вязкой грязной дороге. Но, если водитель вовремя не отключит данную функцию, во время движения жесткая принудительная блокировка дифференциала резко ухудшает управляемость, приводит к ускоренному износу резины, является причиной систематических перегрузок и вероятного выхода из строя важнейших узлов трансмиссии. В более современных технических реализациях устройств блокировки данную проблему удалось устранить.

Блокируемый дифференциал можно установить на любой автомобиль

Усилиями конструкторов и энтузиастов из многих стран в последнее десятилетие были созданы более совершенные – как принудительные, так и автоматически активирующиеся системы распределения крутящего момента между полуосями ведущего моста. Современные конструкции блокировки дифференциала позволяют обеспечить стабильную проходимость и управляемость транспортного средства даже в самых сложных дорожных ситуациях. Теперь множество моделей автомобилей, в частности – внедорожники, оснащаются дифференциалом с механизмом блокировки изначально, в процессе сборки.

Обычно блокировка заднего дифференциала присутствует практически в любом транспортном средстве с задним приводом, рассчитанным на эксплуатацию в условиях бездорожья или регионах с длительной зимой и заснеженными, обледеневшими дорогами. Для улучшения эксплуатационных характеристик некоторых автомобилей повышенной проходимости с двумя ведущими мостами предусматривается также ручная или автоматическая блокировка межосевого дифференциала – обязательного элемента конструкции всех подобных машин.

Машины, ведущий мост которых не был оборудован подобной системой на заводе, можно доработать. Для этого различные производители предлагают совместимые узлы, предназначенные для замены штатного дифференциала. На многих станциях технического обслуживания можно модернизировать задний или передний мост не только любой из популярных иномарок, но и установить блокировку дифференциала на Ниву, ВАЗ, УАЗ, Газель, и другие образцы продукции отечественного автопрома.

Подобно любым другим техническим решениям, всем существующим конструкциям блокировки присущи определенные преимущества и недостатки. Перед тем, как приступить к модернизации трансмиссии имеющегося у вас транспортного средства, полезно изучить свойства и характеристики всех предлагаемых производителями решений. Знание технических нюансов устройства дифференциала современного автомобиля поможет точно оценить перспективы предлагаемого решения блокировки и сделать правильный выбор.

Типы конструкций

Все существующие на настоящий момент системы взаимной блокировки полуосей и мостов автомобилей можно свести к двум основным типам конструкций:

● Дифференциалам на основе полной жесткой блокировки. Специалисты называю данную группу механизмов «локерами» (заимствованный иностранный термин, происходящий от английского слова «замок» — Locker). Недостатки подобных систем мы уже обсудили.

● Дифференциалам повышенного трения, иначе именуемым «дифференциалами с ограниченным проскальзыванием» (английский вариант названия — Limited Slip Differencial).

По типу активации различают системы «ручной» принудительной блокировки дифференциала и, а также самоблокирующиеся конструкции, которые способны полностью в автоматическом режиме включать, регулировать или отключать взаимную фиксацию полуосей ведущих колес в зависимости от дорожных условий.

Конструктивные особенности

Все существующие технические решения блокировки с ручным способом включения, позволяющие принудительно обеспечить одинаковую скорость вращения колес ведущего моста, связаны с торможением осевого вращения шестерен сателлитов. Данная функция в современных автомобилях реализована посредством кнопки электронной блокировки дифференциала, связанной с обмоткой, приводящей в действие толкатель и стопорную пластину, блокирующую вращение сателлитов.

Учитывая повышенную нагрузку на трансмиссию, больший расход топлива и ускоренный износ резины при длительной эксплуатации автомобиля с включенной жесткой блокировкой, некоторые варианты конструкций предусматривают автоматическую разблокировку дифференциала при наборе автомобилем определенной скорости. В настоящее время в торговле представлено множество вариантов «жесткой» блокировки дифференциала на УАЗ и Ниву, которые при правильном использовании способны существенно улучшить ходовые возможности автомобиля при езде по бездорожью.

Самоблокирующиеся дифференциалы лишены недостатков, присущих механизмам принудительного включения и отключения. В основе большинства известных и широко применяющихся систем данного типа лежат четыре конструктивных решения:

● Дисковый механизм блокировки на основе одной или двух фрикционных муфт. Чаще используются механизмы с двумя муфтами, которые требуют заливки в мост особого трансмиссионного масла или применения специальных присадок.

● Вязкостная система с использованием вискомуфты, состоящей из группы ведомых и ведущих дисков.

● Винтовой механизм блокировки — долговечная система с минимальным износом.

● Кулачковая система блокировки, которая не нуждается в использовании специальных масел и характеризуется длительным сроком службы.

Существуют и другие конструкции самоблокирующихся дифференциалов, многие из которых созданы российскими инженерами – механиками. Каждый желающий может подыскать надежную, функциональную и оптимальную по затратам на приобретение и установку систему блокировки, разработанную для конкретной модели автомобиля, или воспользоваться одной из универсальных конструкций.

Ограничений нет! Сегодня можно без особых проблем подобрать и установить блокировку дифференциала на ВАЗ любой модели, включая даже самые первые выпуски, либо усовершенствовать и сделать еще более проходимым достаточно «свежий» внедорожник.

suprotec.ru

Блокировка дифференциала своими руками, как сделать

Блокировка дифференциала своими руками при желании может быть выполнена в редукторе ведущего моста любого автомобиля. У водителя, который использует свой автомобиль исключительно на дорогах с твердым покрытием, желание заблокировать дифференциал, скорее всего, никогда не возникнет. Другое дело – любители покорять бездорожье.

Назначение дифференциала

При повороте автомобиля колеса, находящиеся ближе к центру кривизны траектории, проходят меньший путь, чем те, что вращаются по наружной дуге. Различны также их скорости. А так как привод без дифференциала вращает оба колеса одной оси с одинаковой скоростью, одно из них начинает пробуксовывать. Это повышает износ протектора и ухудшает управляемость автомобиля. Дифференциал позволяет ведущим колесам вращаться с разными скоростями.

Пока ведущая ось хорошо контактирует с дорогой, это устройство работает без нареканий. Но стоит ухудшиться сцеплению с дорогой под одним из колес, например, при попадании на лед или жидкую грязь, как вращаться будет только оно одно. Колесо с большим коэффициентом сцепления перестает крутиться, а автомобиль останавливается. Если же заблокировать дифференциал, такого происходить не будет. Поэтому заблокированный дифференциал улучшает проходимость машины на труднопреодолимых участках пути.

Если у автомобиля одна ведущая ось, то дифференциал у него тоже один – между колесами этой оси. У машины с постоянным приводом на 4 колеса – их три. По одному между колесами каждой оси плюс один межосевой.

Устройство

Принцип работы выше названного агрегата одинаково, где бы ни был он установлен. В основу классического автомобильного дифференциала положена планетарная передача. Карданный вал вращает ведущую шестерню редуктора моста. Ее вращение передается ведомой зубчатке. А так как она прикреплена к корпусу дифференциала, тот движется вместе с ней. От корпуса вращающий момент при помощи независимых друг от друга шестерен, называемых сателлитами, передается на полуоси. Скорость вращения карданного вала делится между полуосями не поровну. Однако, при любом соотношении скоростей их сумма – величина всегда постоянная.

Виды блокировок:

• автоматическая;
• принудительная, включаемая водителем.

По способу управления блокированием:

• механическая;
• электромеханическая;
• гидравлическая;
• пневматическая.

Автоматическое блокирование дифференциала

Самоблокирующийся дифференциал – это механизм, который при определенных условиях переключается и, превращаясь в прямую передачу, начинает делить скорость вращения карданного вала между полуосями поровну. Дифференциалы с блокировкой-автоматом могут самостоятельно блокироваться в зависимости от значения одного из двух параметров:

• разницы угловых скоростей полуосей. В эту группу входят дифференциалы с дисковой блокировкой, кулачковые, с вискомуфтой и работающие по формуле Фергюсона;
• передаваемого полуосям крутящего момента.

Как сделать

Проще всего сделать постоянную полную блокировку дифференциала. Но такая самодельная блокировка приемлема для автомобилей, передвигающихся только по бездорожью. Например, для ралли-рейдовых авто. Чтобы реализовать задумку, нужно снять агрегат, оснащенный дифференциалом, и разобрать его. После чего приварить сателлиты к осям. Фиксация шестерен позволит механизму делить скорость вращения между полуосями только в пропорции 50 на 50.

Дифференциал повышенного трения своими руками сделать немного сложнее, чем просто зафиксировать сателлиты. Зато такая модернизация не только улучшит проходимость автомобиля по грязи и снегу, но и не изменит работу агрегата на твердом покрытии. Один из вариантов такого устройства может быть собран из двух латунных или бронзовых втулок и пружины. Их размеры будут зависеть от того, трансмиссию какого автомобиля вы модернизируете. Потому работы начинаются со снятия узла и разборки планетарной передачи. После этого можно провести измерения, заказать изготовление втулок и подобрать подходящую по габаритам пружину.

Достаточно ли будет ее жесткости, вы узнаете после сборки на испытаниях вашей самоделки. Пружина предназначена для того, чтобы прижимать сателлиты к корпусу дифференциала. От этого под действием силы трения сателлиты будут медленнее вращаться вокруг своей оси. Чем больше будет сила трения, тем ровнее станет делиться скорость вращения карданного вала между полуосями. Металлические втулки нужны для того чтобы исключить соприкосновение сателлитов с пружиной.

Конечно, установка блокировки дифференциала заводского изготовления проще и результат такого апгрейда лучше. Однако он требует больших затрат и практически исключает из процесса творчество. Стоимость «самоблоков» для автомобилей семейства ВАЗ немногим менее 12 тыс. р. Зато их установка требует лишь внимательности и аккуратности. При этом нет необходимости в специальном инструменте.

Какая блокировка лучше

Ответ на этот вопрос зависит от того, какой у вас автомобиль и где вы на нем ездите. Поэтому скажем всего несколько слов об особенностях разных типов блокировок.

• Принудительная ручная блокировка. Преимуществом является полное включение и выключение ее в нужное время и, как следствие, лучшая проходимость транспортного средства. К недостаткам можно отнести необходимость заблаговременного включения и обязательного выключения.
• Автоматическая блокировка. Включение и выключение без участия водителя – безусловное преимущество. Заметная инерционность – ее явный недостаток.

autolirika.ru

Блокировка дифференциала. Половина пути

Какие только идеи не приходят в головы изобретателей! Но, «как ни полезна вещь», ожидать, что она станет доступной для всех, в ней нуждающихся, порой просто наивно

Изобретатель
Петербургский инженер Георгий Козлов уже знаком нашим постоянным читателям. В свое время мы рассказывали о его работе над роторно-поршневым дизельным двигателем для малой авиации. На изобретение был получен европейский патент, опытный образец проходил стендовые испытания, но для доведения мотора до серийного производства не хватило ни собственных средств, ни денег родственников, ни выданной части обещанного государственного гранта. Платить за продление патента стало нечем. Наработками нашего соотечественника с удовольствием, законно и абсолютно бесплатно воспользовались западные компании.

Вывешенное колесо будет крутиться на месте, пока бензина хватит. Фото: Георгий Козлов

Но не сидится изобретателю без дела. Новое его изобретение состоялось из-за куда более «приземленного» желания порыбачить и отдохнуть в хорошей компании и в хорошем (т.е. труднодоступном) месте. Внедорожных способностей имевшейся в наличии старенькой «Нивы» явно не хватало. После изучения вопроса и относительно несложных станочных и слесарных работ машина поехала по буеракам значительно увереннее, а ее «модернизатор» получил очередной патент — на сей раз на «самоблокирующийся дифференциал с дополнительными свободными сателлитами».
Зачем это надо?
Рискуем обидеть грамотных автомобилистов, но не можем вкратце не пересказать факты из учебника для автошколы. Не все же были отличниками. У первых автомобилей ведущие оси делали целиковыми: оба колеса постоянно вращались с одинаковой скоростью. Вскоре выяснилось, что в поворотах на твердом покрытии машина ведет себя несколько «неадекватно», шины ведущих колес быстро изнашиваются, ломаются детали привода и сами оси. Примитивный анализ показал, что в повороте «наружное» и «внутреннее» колеса описывают дуги разной длины, следовательно, должны иметь разные скорости вращения. Жесткая целиковая ось не давала такой возможности, что приводило к проскальзыванию колес, а то и к поломкам в наиболее нагруженных точках. Решением проблемы стало изобретение межколесного дифференциала — механизма, при определенных условиях допускающего разные угловые скорости колес одной оси.

Фото: Георгий Козлов

Ось разрезали пополам и на образовавшиеся торцы установили конические шестерни. Между ними на общей перпендикулярной оси разместили пару сателлитов — шестеренок меньшего размера, входящих в зацепление с шестернями полуосей. Колеса получили свободу относительно друг друга. Этот набор шестерен окружили корпусом, в котором закрепили концы оси сателлитов. Теперь, вращая корпус с помощью конического редуктора или даже ремня или цепи, можно заставить колеса вращаться. Когда оба колеса едут по достаточно твердой поверхности по прямой, скорость их вращения одинакова, на кривой же, хоть горизонтальной, хоть вертикальной, механизм дифференциала обеспечивает необходимую разность угловых скоростей.

Но это достоинство дифференциала очень быстро превращается в его основной недостаток. Если одно из колес при трогании окажется на скользкой дороге, второе просто остановится. Каждому из нас доводилось буксовать на льду или глине. Знайте: основная вина за отказ автомобиля двигаться лежит не на рисунке протектора и не на крутящем моменте двигателя, а на столь полезном в других условиях дифференциале.

Фото: Георгий Козлов

Весь прошлый век автомобильные инженеры, совершенствуя конструкцию дифференциала, пытались справиться с этим его недостатком. Были разработаны разные способы сцепления при необходимости двух полуосей в одну единую ось. Очень удачной оказалась принципиально иная конструкция дифференциала со спиральными шестернями Torsen, успешно используемая в автомобилях семейства Audi Quattro на протяжении уже четырех десятков лет. Капризные дифференциалы повышенного трения, схожие по конструкции с многодисковым сцеплением, при создании жидкости, густеющей при нагревании, развились в весьма эффективные вискомуфты. Но у всех этих механизмов требования к качеству материалов и уровню производства столь высоки, что современные российские предприятия, в отличие от советских, просто не в состоянии их воспроизвести. Сегодня в Петербурге, в былые годы задыхавшемся от переизбытка машиностроительных заводов, с трудом удалось разместить заказ на изготовление примитивных прямозубых (!) конических шестерен. Не удивительно, что лидеры нашего автопрома начинают комплектовать свою продукцию самоблокирующимися узлами американского производства, а уникально успешная «Нива», оснащенная межосевым дифференциалом с принудительной блокировкой от рождения, межколесной блокировки так и не получила. Как и УАЗы всех лет и моделей. А для внедорожника, рискующего на переломах местности вывесить одно из колес, блокировка осей нужна как воздух. Помогла бы она и популярным в стране «Газелям»: негруженые, они начинают буксовать даже на мокрой траве.

Фото: Георгий Козлов

В стране, где и без того позорно малая протяженность автодорог в иные из последних лет не только не росла, но и уменьшалась, простая и недорогая межосевая блокировка колес облегчила бы жизнь очень многим водителям. И питерский изобретатель Георгий Козлов искренне верит, что у него такая конструкция получилась.

Фото: Георгий Козлов

Железо
Желающих изучить новый агрегат во всех деталях отошлем к российскому патенту № F16H 48/28. Остальных ознакомим с основными принципами его работы.

Внутри корпуса обычного конического дифференциала перпендикулярно оси сателлитов размещаем еще одну ось с двумя коническими шестернями на ней. Концы этой оси заправлены в овальные отверстия в корпусе, а шестерни имеют меньший, чем у сателлитов, диаметр, что обеспечивает их зацепление только с одной из полуосевых шестерен. При резком разгоне одного из колес новая ось «отстает» за счет инерции деталей и вязкости масла. Малая дополнительная шестерня входит в зацепление одновременно с полуосевой и сателлитом, блокируя дифференциал. При выравнивании угловых скоростей колес шестерни расцепляются под воздействием пружин. Поверх корпуса надета «управляющая муфта», в фигурные отверстия которой входят концы дополнительной оси. За счет сдвига муфты простым механическим (тросовым, например) или электрическим приводом осуществляется переключение режимов блокировки. Отверстия в корпусе и муфте совместно в той или иной степени ограничивают свободу перемещения оси. Просто и изящно!

Но внимательное изучение патента в редакции вызвало ряд вопросов. Вязкость традиционного трансмиссионного масла зависит от его температуры, следовательно, режим самоблокировки рассматриваемого узла едва ли будет стабильным. Вызвали опасения и пружины, возвращающие дополнительную ось в исходное положение: регулировка их натяжения и замена показались нам довольно затруднительными. Других изъянов при предварительном знакомстве мы не нашли.
В поле
Пришла пора опробовать новинку в действии. Опасения наши подтвердились: режим самоблокировки еще не отработан. Вероятно, потребуется синтетическое масло с высоким индексом вязкости или какое-то техническое ухищрение. Зато от принудительной блокировки удалось получить огромное удовольствие. Хотя и здесь необходимы оговорки.

В Петербурге не удалось найти ни требуемого сорта стали, ни качественной термообработки для изготовления блокирующих шестерен. Пока эта технологическая задача не решена, во избежание рискованных ударных нагрузок от включения блокировки на ходу пришлось отказаться. Подъезжаем к сложному участку дороги, останавливаемся, включаем блокировку — и в бой!

Заблокированная задняя ось испытуемой на асфальте «Ниве» не понравилась, о чем свидетельствовало характерное ее «приседание» на каждом изгибе «змейки». Ничего удивительного: не зря же придумали дифференциал. Выезжаем на грязь, близкую к топи. «Нива» — знатный «проходимец», а с межколесной блокировкой машина, кажется, обретает способность заползать на ледяные стены.

Переходим к любимому упражнению джиперов: на переломе бездорожья вывешиваем одно из колес. Блокировка выключена — «освободившееся» колесо вращается в воздухе, остальные стоят. Рычажком между сиденьями блокируем ось и как ни в чем не бывало выезжаем из канавы. Даже в нынешнем «полуфабрикатном» состоянии механизм оказался эффектным и эффективным. Даже возникла крамольная мысль: а нужна ли вообще самоблокировка? Не на офф-роудные же гонки мы собрались. А необходимость останавливаться для включения мостов и блокировок присуща многим куда более дорогим внедорожникам. Впрочем, пожелаем изобретателю дальнейших успехов в работе над изделием.
Что дальше?
Вариантов дальнейшего развития событий и конструкций несколько. Наиболее вероятный в наших экономических условиях: Георгий украсит стенку еще одним красивым патентом и в свободное время будет вывозить друзей на природу. Вполне вероятно, как это уже случилось с вертолетным роторным дизелем, его наработки помогут построить свой бизнес предприимчивым иностранцам. Но очень хочется, чтобы «собственные Невтоны» и их идеи оказались востребованы в родной стране. Тем более что вся проблема на сегодня сводится к качественным шестеренкам. Остальное при наличии пары станков можно сделать в любой мастерской.

Хочу получать самые интересные статьи

5koleso.ru