Cамоблокирующийся дифференциал

При движении по прямой скорости обоих приводных валов одинаковы. И скорость, и крутящий момент передаются от шестерни к ведущему колесу с неподвижной шестерней, постоянно соединенной с сепаратором дифференциала, с которым они вращаются вместе.

если машина едет прямо

Однако автомобиль не всегда едет прямо, а совершает различные маневры, такие как повороты, переключение передач, обгон и т.д. Кроме того, дорожное покрытие часто бывает неровным, что означает, что колеса автомобиля могут, в зависимости от ситуации, одновременно преодолевать разные расстояния.

По этой причине, например, при прохождении поворотов, если скорость вращения колес на оси одинакова, одно из колес неизбежно будет проскальзывать, что приведет к ускоренному износу шин. Но это еще не самое худшее. Гораздо хуже управляемость автомобиля, которая катастрофически ухудшилась.

Именно для решения этих проблем был разработан дифференциал — механизм, который дополнительно распределяет энергию, исходящую от двигателя, между осями автомобиля в зависимости от величины сопротивления качению: чем оно ниже, тем выше скорость колес, и наоборот.

Блокировка дифференциала

В нормальном режиме работы функция дифференциала заключается в разделении приложенного крутящего момента на два равных высоких крутящих момента на выходе для левого и правого колес, независимо от того, одинаковы ли скорости вращения левого и правого колес.

Однако иногда бывает важно отключить дифференциал за счет тяги (тяги между колесами). Например, если дорога скользкая из-за льда или грязи. Блокировка дифференциала предполагает блокировку центральных (планетарных) колес относительно сепаратора, что препятствует вращению сателлитов, и дифференциал должен вращаться как единое целое. Например, для блокировки дифференциала используется проскальзывающая муфта, зубчатая муфта и т.д. Д.

Механическая блокировка дифференциала

Механическая блокировка дифференциала.

Конический дифференциал

Конический дифференциал имеет компенсирующие шестерни из конических шестерен с прямыми зубьями. Основной частью всего узла является сепаратор дифференциала, который крепится болтами к неподвижному зубчатому колесу.

Ось автомобиля имеет два приводных вала. Приводной вал одним концом соединен с колесом автомобиля, а другим — с планетарной передачей дифференциала. Две или четыре конические шестерни — сателлиты — устанавливаются на шпинделе между планетарными шестернями.

1 — дисковое колесо, 2 — сепаратор дифференциала, 3 — шестерня, 4 — планетарное колесо, 5 — сателлит

Дифференциал для переднеприводных машин

Передний дифференциал состоит из цилиндрических шестерен. Как и конический дифференциал, он состоит из шестерни и сепаратора дифференциала, закрепленного на дисковом колесе. Сателлиты и центральные (планетарные) колеса имеют прямозубые шестерни.

Формула колеса, однако, отличается. Сателлиты не входят в зацепление с обоими центральными колесами, но половина сателлитов входит в зацепление с одним центральным колесом, а другая половина — с другим центральным колесом. Дифференциал имеет две пары спутников, повернутых на 180° относительно друг друга. Принцип работы такой же, как и у углового дифференциала.

Открытый/свободный дифференциал

Свободный дифференциал является наиболее распространенным типом на современных автомобилях. Обычно он состоит из сепаратора с двумя свободно вращающимися коническими шестернями, которые соединяются с шестернями выходного вала.

Вся обойма приводится в движение коробкой передач. Таким образом, передаваемый крутящий момент распределяется на оба выхода в равных долях.

Открытый дифференциал никогда не даст на одном выходе больший крутящий момент, чем на другом, независимо от различий в скорости, скольжении или нагрузке на колеса. Если сцепление одного колеса с дорогой уменьшается до такой степени, что оно начинает проскальзывать, его сопротивление вращению и, следовательно, приложенный крутящий момент уменьшаются.

Однако это также приводит к немедленному уменьшению крутящего момента на такую же величину на другом, не скользящем колесе. Оба колеса тянут меньше, хотя одно из них движется и вращается гораздо быстрее, но моменты и силы тяги обоих колес остаются равными.

Таким образом, снижение тяги одного колеса удваивается, а общее тяговое усилие автомобиля значительно снижается. Это недостаток открытого дифференциала.

Самоблокирующийся дифференциал

Свойства дифференциала определяются его механическим КПД (потери, вызванные возвратно-поступательным движением его основных частей — шестерен).

Обычный симметричный дифференциал с коническими или цилиндрическими шестернями и прямыми зубьями имеет относительно высокий КПД и поэтому может распределять крутящий момент в соотношении почти 1:1.

Чтобы передавать на одну сторону значительно больше 50% передаваемого крутящего момента, она должна иметь более низкий КПД (или более высокую согласованность).

Самоблокирующиеся дифференциалы делятся на классические дифференциалы с ограниченным скольжением (так называемые LSD), дифференциалы типа Torsen и дифференциалы с вязкостной муфтой.

Дифференциал ограниченного трения (LSD), самоблокирующийся дифференциал

Конструктивно каждый самоблокирующийся дифференциал (кроме дифференциала Торсена) основан на стандартном коническом дифференциале. Как видно из рисунка, между двумя нажимными кольцами находится вал-шестерня, сателлиты ведущей шестерни и сами центральные колеса, которые приводят в движение приводные валы.

За каждым нажимным кольцом расположено несколько дисков сцепления, прикрепленных поочередно к крышке дифференциала (наружной) и центральному колесу (внутреннему).

Как только сила двигателя начинает действовать на дифференциал, весь корпус дифференциала начинает вращаться, а вместе с ним и поперечный вал, установленный в пазах нажимного диска, который имеет треугольную форму, в результате чего оба нажимных диска выдвигаются в сторону корпуса дифференциала. Создаваемое давление воздействует на фрикционные ребра, которые прижимаются друг к другу.

Это заставляет ведущие колеса блокироваться постепенно, в зависимости от мощности двигателя. Это уменьшает дрожание колес при прохождении поворотов и равномерно передает мощность на колеса при ускорении. Даже при торможении система LSD обеспечивает большее сцепление с дорогой, меньший боковой увод и более легкое прохождение поворотов.

По данным производителей, существуют различные типы дифференциалов LSD, которые обычно делятся на так называемые односторонние, частично двусторонние и двусторонние.

Обозначение представляет собой конструкцию (тип) паза нажимного диска, в котором установлен поперечный вал конической шестерни дифференциала.

Однонаправленный дифференциал — это конструкция, которая блокирует ведущие колеса только в одном направлении во время ускорения.

Двухсторонний дифференциал, с другой стороны, блокирует ведущие колеса в обоих направлениях. Во время ускорения и замедления.

Частичный дифференциал по сути такой же, как и двунаправленный дифференциал, за исключением того, что степень блокировки колес при замедлении меньше, чем при ускорении. Это обеспечивает большую устойчивость при торможении.

Самоблокирующийся дифференциал типа Torsen

Особенностью этого дифференциала является использование косозубой (червячной) передачи, которая передает крутящий момент со спирали на косозубое колесо, но не наоборот.

В дифференциале Торсена винты представляют собой планетарные шестерни, а сателлиты образованы тремя парами цилиндрических шестерен малого диаметра.

Сателлиты одной пары соединены прямозубыми цилиндрическими шестернями, каждая из которых входит в зацепление с одной планетарной передачей.

При движении по прямой и одинаковом сцеплении колес с дорогой дифференциал вращается как единое целое, скорости вращения сепаратора и двух планетарных передач одинаковы, и на каждое колесо передается одинаковый крутящий момент.

Обратите внимание, что сателлиты червяка соединены цилиндрическими шестернями, и если заблокирован один, то заблокирован и другой. таким образом, если колесо начинает вращаться быстрее, то вся система блокируется и вращается одновременно.

Благодаря зажимному эффекту больший крутящий момент передается на колесо с наилучшим сцеплением. Даже на крутых поворотах это не ограничивает балансировочное действие дифференциала, и оба колеса поворачиваются (катятся) по дороге со скоростью, соответствующей их траектории.

Если сцепление одного из колес с дорогой ухудшается (например, из-за снижения нагрузки или скользких условий), оно не может перевернуться, поскольку вращательное движение не может быть передано от сателлитов к планетарному колесу, как в случае с передним или коническим дифференциалом.

Механический КПД дифференциала зависит от геометрии червячной передачи. Конструкция Торсена также используется в межосевом дифференциале.

Самоблокирующийся дифференциал с фрикционной муфтой

Самоблокирующийся дифференциал ограниченного скольжения с фрикционной муфтой

Самоблокирующийся дифференциал ограниченного скольжения с многодисковой муфтой имеет эффект прижимной силы до 35%, что означает, что дифференциал увеличивает на эту величину долю крутящего момента (крутящий момент привода), прикладываемого к не скользкому колесу той же оси.

Функцию блокировки дифференциала выполняет многодисковая муфта. Это многодисковая муфта, в которой один набор дисков (наружный) соединен с корпусом дифференциала, а другой (внутренний) — с центральным колесом.

Когда штанги прижимаются друг к другу, два вала прочно соединяются, и дифференциал закрывается. Брусья прижимаются друг к другу с помощью гидравлики. При потере муфты на одной из осей валы вращаются относительно друг друга, давление в гидравлическом контуре повышается за счет сжатия планок друг к другу, и таким образом дифференциал частично или полностью блокируется. Давление создается осевым насосом.

Межосевой дифференциал

Межосевой дифференциал используется на полноприводных автомобилях. Эти автомобили также имеют по два дифференциала на каждой оси. Привод второй оси может быть включен вручную или постоянно.

Форма межосевого дифференциала несимметрична, поэтому отношение передаваемого крутящего момента делится на отношение нагрузок на оси.

Повышение согласованности межосевого дифференциала решается несколькими способами. В дополнение к косозубому дифференциалу (Torsen) используется вышеупомянутый дифференциал с вязкостной муфтой или комбинация вязкостной муфты и гидравлического тормоза — муфта Haldex.

Муфта Haldex оснащена электронной системой, которая помогает ускорить ее работу. Это не дифференциал в полном смысле слова, а муфта, которая соединяет привод задней оси с постоянным приводом передней оси из-за разницы в скорости вращения колес на передней и задней осях.

Как работает дифференциал с повышенным внутренним сопротивлением (ДПВС)? — Видео