Устройство и принцип работы межосевого дифференциала

Виско-муфта

ТАКОЕ устройство является наиболее простой и дешевой разновидностью межосевого дифференциала. Оно состоит из нескольких перфорированных дисков, половина которых соединена с входным валом, а другая – с выходным. Корпус муфты заполнен специальной силиконовой жидкостью, в которую погружены все диски. Пока оба вала вращаются с одинаковой скоростью, жидкость никак не влияет на работу устройства. Но если один вал начинает крутиться быстрее другого (колеса передней или задней оси начинают проскальзывать), жидкость нагревается и быстро густеет, буквально “склеивая” диски. Таким образом оба вала и соответственно обе оси автомобиля оказываются механически связанными между собой.

Виско-муфта, так же как и “Torsen”, работает полностью автоматически, без вмешательства электроники. Тем не менее, даже несмотря на небольшую стоимость, на современных моделях подобное устройство используется не слишком часто. Дело в том, что у виско-муфты есть несколько серьезных недостатков. В штатных режимах движения она блокируется не на все 100% и срабатывает с заметным запаздыванием. То есть жидкость загустевает довольно быстро, но все же не мгновенно, а только спустя некоторое время после начала пробуксовки. К примеру, для внедорожников это может привести к печальным последствиям. Ведь пока сработает блокировка, буксующие колеса успеют закопаться в землю.

Зато при очень резком увеличении разности скоростей входного и выходного валов (например, когда колеса внезапно срываются в пробуксовку на льду) виско-муфта, наоборот, мгновенно полностью блокируется (это явление получило название “хампэффект”). В результате поведение автомобиля неожиданно для водителя кардинально меняется, что может быть очень опасно.

Поэтому виско-муфту, как правило, используют лишь на относительно недорогих полноприводных автомобилях (например “Suzuki Liana”), у которых весь крутящий момент двигателя поступает на передние колеса, а задние автоматически подключаются лишь при пробуксовке.

Назначение механизма

Чтобы понять роль дифференциала, применяющегося в транспортных средствах всех типов, нужно рассмотреть конструкцию обычного планетарного редуктора, передающего усилие от карданного вала двум полуосям. Алгоритм работы агрегата прост:

1. Кардан вращает хвостовик с косозубой шестеренкой на конце.
2. От хвостовика крутится большая планетарная шестерня, соединенная с двумя полуосями.
3. Крутящий момент передается от планетарной шестерни полуосям и закрепленным на концах колесам.

Без дифференциала редуктор поровну распределяет крутящий момент на 2 оси, в результате колеса вертятся с одинаковой скоростью. Такое разделение вполне годится для прямолинейного движения, которое в реальности встречается довольно редко – даже при езде по ровным участкам трассы автомобиль отклоняется от прямой линии.

Чтобы машина идеально прошла поворот, колеса одного моста должны вращаться с разными скоростями, поскольку внешнее катится по более широкой дуге. Простой редуктор, обеспечивающий одинаковое вращение обеих полуосей, на повороте заставит одну шину скользить, вторую – буксовать, что заметно ухудшает маневренность авто.

Совмещенный с планетарным редуктором дифференциал нужен для изменения угловых скоростей правого и левого колеса в зависимости от крутизны поворота. Механизм автоматически распределяет крутящий момент на полуоси, позволяя колесным покрышкам совершать разное число оборотов при движении автомобиля по дуге. Без дифференциала нормальная эксплуатация транспортного средства невозможна по таким причинам:

• недостаточная управляемость;
• быстрое истирание шин;
• ускоренный износ деталей редуктора, валов и полуосей.

Разновидности блокировок межосевого дифференциала

В современных внедорожниках реализовывается два типа блокировки межосевого дифференциала: ручная и автоматическая. Оба они предполагают или полное, или частичное выключение узла. Чаще на автомобилях повышенной проходимости устанавливаются автоматические блокировки межосевых дифференциалов. Существует три их основных разновидности:

• Блокировка с вискомуфтой;
• Блокировка типа Torsen;
• Блокировка с фрикционной муфтой.

Каждый из этих видов блокировки имеет свои конструктивные особенности и преимущества.

Блокировка с вискомуфтой

Такая разновидность блокировки межосевого дифференциала является на сегодняшний день наиболее распространенной. Она построена по симметричной планетарной схеме, в основе которой лежит взаимодействие между собой конических шестерен. Одним из важнейших элементов ее конструкции является наполненная масляной воздушно-силиконовой смесью герметично закрытая полость. Она связана с полуосями посредством двух отдельных пакетов дисков.

Если полноприводный автомобиль едет с постоянной скоростью по ровной поверхности, то межосевой дифференциал, снабженный такой системой блокировки, транслирует крутящий момент на переднюю и заднюю ведущие оси в соотношении 50% на 50%. В том случае, если вращение одного из пакетов дисков ускоряется, то за счет повышения давления в герметичной полости вискомуфта начинает блокировать (то есть тормозить) соответствующий пакет. Благодаря этому угловые скорости выравниваются, и, по сути дела, происходит блокировка межосевого дифференциала.

Основными достоинствами такой системы являются простота ее конструкции и невысокая стоимость. Именно эти факторы обусловили широкое распространение вискомуфт в системах блокировок межосевых дифференциалов современных внедорожников. Что касается недостатков такой конструкции, то к ним следует отнести неполное автоматическое блокирование, а также риск перегрева в том случае, если она работает в течение длительного периода времени. Дело в том, что значительная часть передаваемой ей кинетической энергии вращения преобразовывается в энергию тепловую.

Блокировка типа Torsen

Она состоит из таких основных элементов, как корпус, левая и правая полуосевые шестерни, их сателлиты и выходные валы. Специалисты в области автомобилестроения считают, что конструкция блокировки межосевого дифференциала этого типа является на сегодняшний день наиболее эффективной и совершенной.

Основу этого механизма блокировки составляют две пары червячных колес, в каждой из которых есть ведущее и ведомое (они называются полуосевыми и сателлитами). Функционирование этой системы основывается на некоторых особенностях, которые имеют шестерни такого типа. Если все колеса автомобиля имеют одинаковое сцепление с поверхностью, то дифференциал работает в штатном режиме. Как только одно из них начинает по тем или иным причинам вращаться быстрее остальных, то сателлит, связанный с ним, пытается начать вращение в обратную сторону. Вследствие этого происходит перегрузка червячной шестерни, а выходные валы блокируются. «Высвободившийся» крутящий момент переходит на другую ось, в результате чего его значения уравниваются.

Важнейшими преимуществами блокировки межосевого дифференциала типа Torsen являются очень высокая скорость срабатывания и широкий диапазон значений переброски вращающего момента с оси на ось. Кроме того, такая блокировка не перегружает тормозную систему автомобиля. Основным недостатком такой конструкции ее сложность.

Блокировка с фрикционной муфтой

Главной отличительной особенностью такой системы является то, что она предполагает возможность как автоматической, так и ручной блокировки межосевого дифференциала. Конструктивно она очень похожа на системы с вискомуфтой, только вместо последней в ней установлены фрикционные диски.

При плавном движении автомобиля угловые скорости между его ведущими осями распределяются равномерно. Если одна из полуосей ускоряется, то фрикционные диски сближаются, сила трения между ними увеличивается, в результате чего происходит притормаживание полуоси.

Системы блокировки межосевых дифференциалов, устроенные на основе фрикционных муфт, на серийных автомобилях практически не применяются. Она достаточно сложна по своей конструкции, к тому же имеет невысокий ресурс из-за того, что рабочие элементы (фрикционные диски) быстро изнашиваются. Кроме того, устройства блокировки с фрикционными муфтами требуют частого обслуживания.

Блокировки дифференциалов.

Подготовка (тюнинг) внедорожников

Блокировки дифференциала бывают принципиально 2-х типов, которые уже между собой делятся на множество подгрупп. Я хочу простым языком и коротко рассказать вам, чем они отличаются. Более подробную информацию можно найти на просторах интернета.
Принудительная блокировка дифференциала. Главная суть в том, что в выключенном состоянии это свободный дифференциал. Выключил и забыл. Это обычный автомобиль с его классическим управлением. А во включенном состоянии дифференциал заблокирован на 100% и момент между колесами распределяется 50/50. Есть несколько типов, различающихся приводом включения:

• Пневмопривод
• Механическая
• Гидравлическая
• Электрическая
• Вакуумная

Блокировки данного типа отлично помогают при прохождение любых препятствий. Но заблокированный передний мост перестает поворачивать в нужную сторону. Эти блокировки надо использовать с умом, т.к. ошибка пилота может привести к поломке трансмиссии.

Самоблокирующийся дифференциал. Включается и выключается он автоматически и думать заранее не нужно. Существует много типов таких дифференциалов:

• Кулачковые
• Червячные (винтовые)
• Шариковые
• Дисковые и дифференциалы повышенного трения (LSD)
• Вязкостная муфта

Но такие блокировки имеют принципиально один минус. Они блокируют дифференциал не на 100%. При диагональном вывешивании, либо при разности силы трения об поверхность, будет в основном крутится колесо на более скользкой поверхности, либо то, которое весит в воздухе. Такая блокировка работает при прохождении препятствия «ходом». Машина хорошо управляется на скорости. И с таким типом блокировки сложнее сломать трансмиссию, т.к. она прощает многие ошибки пилоту.

Саморазблокирующийся дифференциал – это 100% блокировка, которая находится постоянно в заблокированном состоянии и разблокируется автоматически при разных скоростях вращения колес, но без нагрузки. Без нагрузки – это значит, что момент на кардане меньше или равен моменту на колесах.

Обладает плюсами принудительной блокировки. Работает полностью в автоматическом режиме. Легко устанавливаются, не требуют установки привода включения.

Блокировки и необходимые запчасти Вы можете приобрести у нас. По наличию и срокам поставки узнавайте заранее, обратившись к нам по телефону.
На все устанавливаемые нами запчасти, мы даем гарантию до 3-х месяцев!Все цены и временные рамки на данной странице несут исключительно информационный характер. Для более точного расчет стоимости и времени ремонта обращайтесь к нам по телефону: +7(495)290-40-38

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.

Как сделать и установить самоблокирующийся дифференциал своими руками?

Например, при движении в повороте внутреннее колесо должно совершить меньший путь, соответственно число оборотов должно быть меньше. У внешнего путь оказывается больше. Для нормальной работы трансмиссии и ходовой в таких условиях и используется дифференциал. Но иногда он оказывается лишним.

Чаще всего это происходит зимой. Стоит попасть одним колесом на лед, то стронуться машина не сможет. Стоящая на льду покрышка будет крутиться в бешеном темпе, а другое колесо, стоящее на твердой поверхности, не пошевелится. Поэтому на автомобилях, использующихся на бездорожье, устанавливают блокирующийся дифференциал. Некоторые умельцы и на серийные модели для города предпочитают устанавливать такое приспособление.

Как сделать и установить самоблокирующийся дифференциал своими руками? В современном автомобилестроении используются несколько различных видов подобных приспособлений. Они все работают по разным принципам. И позволяют достаточно надежно в различных условиях блокировать дифференциал. При самостоятельной установке нужно подбирать тип блокировки, в зависимости от строения вашего автомобиля и особенностей эксплуатации:

• Дисковая блокировка. В ее составе имеются фрикционные муфты. При разной нагрузке на колеса трение внутри этих муфт усиливается и дифференциал блокируется. Недостатком можно считать необходимость частой регулировки и высокие требования к трансмиссионному маслу;
• Вискомуфта идеально подойдет для городского автомобиля. Работает она следующим образом. Внутри находятся диски и вязкая жидкость на основе силикона. При повышении нагрузки происходит нагрев муфты и затвердевание геля. Что вызывает жесткую сцепку дисков и равномерное распределение усилий. При снижении нагрузок остывает и блокировка отключается. Является вариантом плавной блокировки, которая возрастает по мере необходимости. Из-за риска перегрева практически не используется на серьезных внедорожниках;
• Редуктор самоблокирующийся винтовой червячный. Это один из самых распространенных вариантов. Блокировка происходит следующим образом. При нормальном движении червеобразные винты двигаются абсолютно свободно. При изменении нагрузок они попадают в крайние положения и в итоге фиксируются в пазах. В таком положении дифференциал оказывается заблокирован. Как только нагрузки выравниваются, винты выходят из пазов. Такой вид наиболее простой в эксплуатации и довольно надежен;

Планетарный механизм. Здесь вместо сателлитов используются цепочки шариков. Срабатывает такой механизм при разнице между тягой двигателя и нагрузкой на колеса.

Тип блокировки выбирается в зависимости от особенностей эксплуатации автомобиля. Если вы используете автомобиль только в городских условиях, то лучше всего подойдет вискомуфта. При необходимости выездов за город, например, на дачу, лучше установить червячный редуктор или планетарный механизм.

Произвести установку блокировки дифференциала можно самостоятельно. Делается это достаточно просто. Никаких особых навыков вам не потребуется. Работа производится в следующем порядке:

• Автомобиль устанавливается на яме или эстакаде;

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.

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.

• 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.

Основные типы дифференциалов

По месту расположения дифференциалы подразделяют на:

• межколесные (распределяющие вращающий момент между ведущими колесами одной оси)
• межосевые (распределяющие момент между главными передачами двух ведущих мостов)
• центральные (распределяющие момент между группой ведущих мостов)

По соотношению вращающих моментов на ведомых валах дифференциалы могут быть:

• симметричными (моменты на ведомых валах всегда равны между собой)
• несимметричные (отношение моментов на ведомых валах не равно единице)

Различают также дифференциалы:

• неблокируемые
• блокируемые принудительно
• самоблокирующиеся

По конструкции дифференциалы подразделяют на:

• конические
• цилиндрические
• кулачковые
• червячные

В некоторых случаях вместо дифференциалов устанавливают механизмы типа муфт свободного хода.

В настоящее время на колесных ТС наиболее широкое распространение получили конические симметричные неблокируемые дифференциалы.

Назначение механизма

Чтобы понять роль дифференциала, применяющегося в транспортных средствах всех типов, нужно рассмотреть конструкцию обычного планетарного редуктора, передающего усилие от карданного вала двум полуосям. Алгоритм работы агрегата прост:

1. Кардан вращает хвостовик с косозубой шестеренкой на конце.
2. От хвостовика крутится большая планетарная шестерня, соединенная с двумя полуосями.
3. Крутящий момент передается от планетарной шестерни полуосям и закрепленным на концах колесам.

Без дифференциала редуктор поровну распределяет крутящий момент на 2 оси, в результате колеса вертятся с одинаковой скоростью. Такое разделение вполне годится для прямолинейного движения, которое в реальности встречается довольно редко – даже при езде по ровным участкам трассы автомобиль отклоняется от прямой линии.

Чтобы машина идеально прошла поворот, колеса одного моста должны вращаться с разными скоростями, поскольку внешнее катится по более широкой дуге. Простой редуктор, обеспечивающий одинаковое вращение обеих полуосей, на повороте заставит одну шину скользить, вторую – буксовать, что заметно ухудшает маневренность авто.

Совмещенный с планетарным редуктором дифференциал нужен для изменения угловых скоростей правого и левого колеса в зависимости от крутизны поворота. Механизм автоматически распределяет крутящий момент на полуоси, позволяя колесным покрышкам совершать разное число оборотов при движении автомобиля по дуге. Без дифференциала нормальная эксплуатация транспортного средства невозможна по таким причинам:

• недостаточная управляемость;
• быстрое истирание шин;
• ускоренный износ деталей редуктора, валов и полуосей.

Схема дифференциала Torsen

Диференциалы Torsen — наиболее известными червячными образцами. Название — аббревиатура от двух англ. слов Torque Sensing — что в переводе означает — чувствительность к крутящему моменту.

Конструктивно дифференциал представляет собой планетарный редуктор, в котором есть несколько червячных шестерен, одни — ведомые (полуосевые) другие — ведущие (сателлиты). Расположение сателлитов чаще всего параллельно полуосям (Quaife, Torsen Т-2), иногда встречаются варианты с перпендикулярным расположением (Torsen Т-1).

Характерной особенностью червячной шестерни считается способность вращать другие шестерни, оставаясь при этом недвижимой. При этом червячная шестерня расклинивается. Это свойство применяется для частичной блокировки червячного дифференциала. Применение червячных самоблокирующихся дифференциалов весьма широкое, они могут выполнять роль как межосевых так и межколесных дифференциалов.

• Что такое система Старт-стоп, для чего предназначена и как работает? Детально о Start-stop системе
• Как самостоятельно выбрать антирадар (радар-детектор)
• Что такое иммобилайзер? Принцип работы и ключевые отличия от автосигнализации