Дифференциал – это устройство, которое управляет распределением вращательного момента от входного вала к выходным, при этом скорость каждого отдельного элемента может отличаться. Механизм широко применяется в автомобильной индустрии.
Дифференциалы различаются согласно месту установки, предназначению и особенностям конструкции:
- В автомобилях с приводом на одну ось используется лишь один дифференциал, называемый межколесным. Его необходимость вызвана тем, что внешние и внутренние колеса проходят разное расстояние при повороте транспорта.
- Автомобили с приводами 6×6 или 8×8 содержат в конструкции дополнительный межтележечный дифференциал.
- В полноприводных же моделях устанавливается целых три дифференциала: два межколесных и один межосевой.
О том, как работает межосевой дифференциал, и какие межосевые дифференциалы вообще могут быть мы поговорим более подробно далее.
Что такое межосевой дифференциал?
Как правило, секрет выносливости внедорожников заключается в их особой конструкции, в основе которой задействована рама повышенной жесткости, мощном двигателе, а также присутствии системы полного привода и раздаточной коробки, осуществляющей распределение крутящего момента на автомобильные оси, и, в случае необходимости, увеличивающей его до нужного значения. В свою очередь, «раздатка» нового поколения состоит из таких элементов, как межосевой дифференциал, передача цепного типа, служащая для передачи крутящего момента двигателя на переднюю ось авто, и понижающая передача.
При этом именно присутствие межосевого дифференциала можно назвать главной отличительной особенностью строения раздаточной коробки, являющейся неотъемлемой частью полноприводной системы. Данный элемент необходим для обеспечения возможности вращения ведущих осей автомобиля с разными скоростями. А, для полной реализации возможностей системы, в ней существует такая функция, как блокировка межосевого дифференциала, представляющая собой самый эффективный способ улучшения проходимости автомобиля.
Реализация данной функции может осуществляться автоматически и вручную. Во втором случае блокировка производится самим водителем. Происходит это при помощи специального устройства – привода, который может быть механическим, гидравлическим, электрическим или пневматическим. Данный тип блокировки носит название принудительного.
Принудительная блокировка межосевого дифференциала подразумевает фактически полное прекращение выполнения своих функций и трансформирмацию в обычную муфту, осуществляющую жесткую сцепку полуосей или карданов авто и передающую им одинаковую величину крутящего момента с одинаковой угловой скоростью. Применяется для преодоления машиной труднопроходимых участков, а при их прохождении обязательно выключается.
Автоматическая блокировка, иначе именуемая блокировкой дифференциалов с частичным проскальзыванием, производится при помощи таких конструкций, как:
- Вискомуфта,
- Дифференциал Torsen,
- Фрикционная муфта.
Селективный (отключаемый) полный привод
Объединить плюсы part-time и full-time смог селективный полный привод. Самый известный из них — Super Select от Mitsubishi (Pajero, Pajero Sport, Delica), хотя подобных систем было много: Multi-Mode у Toyota (Hilux Surf, 4Runner, Sequoia), All-mode 4WD у Nissan (Pathfinder), SelecTrac у Jeep (Grand Cherokee) и другие. Не «Супер-Селектом» единым!
Селективный полный привод представляет собой отключаемый full-time. Автомобиль может ездить на заднем приводе для экономии топлива и улучшения динамики (как на part-time), а при необходимости водитель подключает «передок», причём без ограничений: межосевой дифференциал здесь есть, так что на полном приводе можно ездить по любым покрытиям и на любых скоростях. Конечно, есть и жёсткая блокировка центрального дифференциала, ведь селективные системы 4WD встречаются только на полноценных внедорожниках.
Идеальный полный привод? Возможно — до тех пор, пока всё работает исправно. Большое количество режимов усложнило конструкцию, и со временем неизбежны проблемы с датчиками, контроллерами, актуаторами и прочими деталями этой, безусловно, продвинутой системы 4WD.
Плюсы и минусы селективного 4WD
✅ Возможность отключать 4WD для экономии топлива.
✅ Возможность ездить на 4WD по любым покрытиям.
⛔ Переусложнение конструкции, возможность отказов.
Вискомуфта, ее строение и механизм действия
Крепление вискомуфты производится одним приводом к чашке дифференциала, в то время как второй его конец прикрепляется к полуоси авто. Когда автомобиль находится в обычном режиме движения, чашка и полуось вращаются с одинаковыми угловыми скоростями. Данные показатели могут лишь незначительно отличаться между собой при прохождении поворотов. То есть и сами рабочие плоскости вискомуфты в это время имеют минимальный процент расхождения, и сама она находится в раскрытом виде. Если же на какую-либо из осей автомобиля передается большее значение крутящего момента, в результате чего скорость ее вращения значительно превышает аналогичный показатель других осей, в вискомуфте возникает трение, из-за чего происходит ее блокировка.
Получается, что, чем больше отличаются друг от друга угловые скорости вращения осей авто, тем больше трения возникает в вискомуфте и тем сильнее становится степень ее блокировки. В свою очередь, после их выравнивания, трение постепенно снижается, что приводит к плавному размыканию вискомуфты и отключению блокировки.
Данный межосевой блокируемый дифференциал наиболее хорошо показывает себя при использовании автомобиля на покрытии низкого качества, однако в условиях настоящего бездорожья он показывает себя не самым лучшим способом. Дело в том, что вискомуфта просто не в состоянии справиться с быстрыми и частыми сменами состояния сцепления мостов авто с грунтом, из-за чего она перегревается и выходит из строя.
“Haldex”
ЭТО НАЗВАНИЕ образовано от имени собственного шведской фирмы “Haldex”, первой в мире разработавшей и запатентовавшей дифференциал на основе многодисковой муфты с электронным управлением. В последнее время такие устройства становятся все более и более популярными. Причем подавляющее большинство автопроизводителей использует на своих моделях дифференциалы, произведенные непосредственно фирмой “Haldex”. Дело в том, что выпускаются такие муфты в виде единого узла, легко адаптируемого к установке практически на любой автомобиль.
По своей конструкции муфта “Haldex” отчасти похожа на виско-муфту, но отличается от нее принципом работы. В шведском устройстве блокировка производится не за счет изменения свойств залитой в корпус жидкости, а путем сжатия дисков с помощью управляемого электроникой гидропривода. Например, если датчики фиксируют, что один вал дифференциала начал вращаться быстрее, то блок управления немедленно дает команду электрическому насосу поднять давление в системе и прижать один диск к другому. Таким образом “Haldex” блокируется. А регулируя усилие сжатия дисков, электронный блок управляет и степенью блокировки муфты.
Относительно небольшая стоимость, минимальные запаздывания в работе и гибкость настроек – главные преимущества гидравлической многодисковой муфты типа “Haldex”. Поэтому на современных автомобилях такие устройства широко используются как совместно с обычным дифференциалом (для его блокировки), так и вместо него (к примеру, для подключения полного привода на многих внедорожниках). Такой трансмиссией, основанной на многодисковой гидравлической муфте, могут похвастать “Nissan X-Trail”, “Renault Koleos”, “VW Tiguan”, “Mitsubishi Outlander XL”, “Toyota RAV4”, “Audi TT”, “Audi A3”, “VW Golf 4Motion” и, естественно, все полно-приводные модели “Volvo”.
Особенности устройства дифференциала Torsen и его типы
В свою очередь, самоблокирующийся дифференциал Torsen представляет собой одну из самых высокотехнологичных и эффективных форм блокировки. Он отличается лучшей реакцией и способностью в минимально короткое время «откликаться» на изменения величины крутящего момента, отвечая на это изменением степени блокировки. Именно внедорожники с межосевым дифференциалом данного типа блокировки являются наиболее надежными. В основе его действия используются свойства гипоидной или косозубой пары зацеплений, которые, при необходимости, могут «расклиниваться». Конструкция данного типа имеет три разновидности:
Тип 1
В качестве гипоидных пар здесь задействованы шестерни и сателлиты ведущих полуосей. Сателлиты противоположных полуосей, расположенные по отношению к ним в перпендикулярном положении, связываются между собой зацеплениями прямозубого типа.
При обычном режиме движения, когда крутящие моменты распределяются на оси авто в одинаковой степени, эти пары находятся в стационарном положении либо двигаются с небольшой интенсивностью, обеспечивая оптимальную разницу угловых скоростей осей при прохождении поворотов. В случаях, когда о одной из осей, что выражается в падении на ней крутящего момента, пары «сателлит-полуось» начинают вращательные движения, что приводит к возникновению трения и частичной блокировке дифференциала. В свою очередь, в этот же момент происходит распределение крутящего момента в пользу менее интенсивно работающей полуоси.
Стоит отметить, что дифференциал Torsen 1го типа имеет самкю мощную конструкцию в классе, так как работает в самом широком диапазоне отношений крутящего момента — от 2.5/1 до 5.0/1.
Тип 2
В основе конструкции данного дифференциала, созданного английским конструктором Родом Квайфом, используются шестерни полуосей косозубого типа и винтовые шестерни сателлитов, расположенных параллельно полуосям. Если сравнивать их с предыдущим типом, можно заметить, что схема межосевого дифференциала данного типа отличается меньшим коэффициентом блокировки, компенсирующимся более высокой скоростью срабатывания и большей чувствительностью к изменениям передаваемого крутящего момента. Подобные механизмы используются на автомобилях отечественного производства, включая УАЗы.
Тип 3
Устройство межосевого дифференциала Torsen третьего типа от компании Zexel Torsen по своим конструктивным особенностям и принципу действия во многом схоже со вторым типом. Здесь также задействованы шестерни полуосей косозубого типа и винтовые шестерни сателлитов, оси которых находятся в параллельном положении по отношению к полуосям.
Благодаря планетарной структуре строения данной конструкции обеспечивается смещение номинального распределения крутящего момента в пользу той или другой оси авто. Главным же достоинством данного типа блокирующего устройства является его функциональность и компактность, что дает возможность для упрощения конструкции раздаточной коробки и уменьшения ее размеров.
Содержание
- 1 Назначение
- 2 Устройство
- 3 Расположение
- 4 Проблема буксующего колеса
- 5 История способов решения проблемы буксующего колеса
- 6 Самоблокирующийся дифференциал
- 7 Принудительно блокируемые дифференциалы 7.1 Ручная блокировка дифференциала
- 7.2 Электронное управление дифференциалом
- 7.3 DPS
Конструкционные отличия фрикционных муфт
В конструкцию фрикционной муфты входит барабан, который имеет непосредственную связь со ступицей авто, несколько фрикционных дисков трения (два и более), поршень, осуществляющий сжатие этих дисков и пружину, возвращающую поршень в исходное положение.
Между барабаном и ступицей существует жесткая связь. При этом внутри последней располагается кольцо, выполняющее функцию стопора, на котором находится тарельчатая пружина, опирающаяся на поршень. В свою очередь, ступица оборудуется специальными каналами, осуществляющими передвижение масла между поршнем и барабаном. В автомобилях легкового типа чаще всего используются дисковые фрикционные муфты, имеющие две поверхности трения, состоящие из одного диска и двух полумуфт, а многодисковую конструкцию чаще можно встретить на специализированном транспорте, в том числе, на тракторах.
Рассмотрим, как работает межосевой дифференциал с фрикционной муфтой: в момент нахождения автомобиля в обычном, плавном режиме движения, распределение угловых скоростей между осями авто происходит равномерно. Однако когда какая-либо из полуосей начинает вращаться быстрее, фрикционные диски начинают сближаться между собой, притормаживая ее при помощи возникающих сил трения.
Подобная система блокировки отличается хорошей эффективностью, однако на серийных легковых автомобилях ее можно увидеть достаточно редко. Данная тенденция объясняется сложностью конструкции и особой спецификой обслуживания фрикционных дифференциалов, а также небольшим ресурсом работоспособности, вызванным быстрым износом их составляющих.
Принцип работы межосевого дифференциала фрикционного типа применяется в муфте Haldex, выпуск которой, начиная с 1998 года, осуществляет шведская фирма с одноименным названием. В основе действия данного устройства производители использовали работу электрогидравлической связки элементов. Но, несмотря на прогрессивность и инновационный дух муфты Haldex, первые ее версии были скорее провальными, чем успешными, что вызвало необходимость проведения многочисленных доработок конструкции, причем последние разработки оказались, весьма удачными и востребованными.
На данный момент осуществляется выпуск 5-го поколения муфты Haldex, отличающейся улучшенными характеристиками, включающими:
- возможность управления устройством вне зависимости от режима движения;
- способность быстрого увеличения крутящего момента с использованием упреждающего управления;
- возможность постоянной работы задней главной передачи;
- совместимость с различными системами управления тормозами авто, включая ABS.
История способов решения проблемы буксующего колеса
- 1825 — Онесифор Пеккёр (Onesiphore Pecqueur, 1792—1852)
изобрёл дифференциал. - 1932 — Фердинанд Порше начал исследования в области дифференциалов c проскальзыванием.
- 1935 — компания ZF Friedrichshafen AG, сотрудничающая с «Порше», выпустила на рынок кулачковый дифференциал, примененный впоследствии на ранних моделях Фольксваген (Type B-70)[1].
- 1956 — американская компания Packard одной из первых начала выпуск моделей с LSD-дифференциалом под фирменным названием «Twin Traction». В 60-х годах многие компании начали производство LSD-дифференциалов под различными фирменными названиями: Alfa Romeo: Q2
- American Motors: Twin-Grip
- Buick: Positive Traction
- Cadillac: Controlled
- Chevrolet/GMC: Positraction
- Chrysler: Sure Grip
- Dana Corporation:Trak-Lok or Powr-Lok
- Ferrari: E-Diff
- Fiat: Viscodrive
- Ford: Equa-Lock and Traction-Lok
- International: Trak-Lok или Power-Lok
- Jeep: Trac-Lok (clutch-type mechanical), Tru-Lok (gear-type mechanical), and Vari-Lok (gerotor pump), Power Lok
- Oldsmobile: Anti-Spin
- Pontiac: Safe-T-Track
- Porsche: PSD (electro-hydraulic mechanical)
- Saab: Saab XWD eLSD
- Studebaker-Packard Corporation: Twin Traction
О системах вязкостного типа
Гидравлические муфты таких устройств имеют диски в большом количестве, а рабочие поверхности этих дисков липкие. Работает система примерно, так же как и дисковые механизмы. В гидравлическую систему заливают специальный раствор на основе силикона. Он имеет особое свойство, которое заключается в способности затвердевания при нагревании. В это время диски начинают передавать усилие на полуоси, учитывая разность параметров при вращении входного и выходного валов.
Нагрев жидкости происходит только при разной частоте вращения полуосей. Такая конструкция имеет свою особенность. При длительном периоде пробуксовки колёс, начальный этап блокировки происходит мягко, а далее усилие повышается, чем повышается эффективность блокирования колёс. Такие конструкции практически не нуждаются в обслуживании и уходе, но требуется соблюдение герметичности конструкции.
Немного о принудительной блокировке
На всех машинах, предназначенных для движения в плохих дорожных условиях. В обязательном порядке производится установка механизма, который может на некоторое время принудительно остановить вращение сателлитов. Это делает водитель при помощи механического или пневматического способа отключения. После этого оба ведущих колеса имеют одинаковую частоту вращения.
Водителям следует учитывать один негативный момент такого включения. Движение по извилистым дорогам с таким положением дифференциала, приведёт не только к повышению расхода топлива, но и к ускорению износа шин. Поэтому после окончания плохого участка дороги, водитель должен его отключить.
