виды, устройство и принцип работы

Блокировка дифференциала – это дополнительное конструктивное решение, позволяющее компенсировать его основные недостатки. Если на сухой ровной дороге дифференциал обеспечивает безопасное маневрирование и комфорт, то при выезде на пересеченную местность или во время движения по скользкому дорожному покрытию он может вообще лишить автомобиль возможности передвигаться. Чтобы этого не происходило, необходимо ограничить функциональность узла или полностью отключить его на некоторое время. Но методы блокировки дифференциала настолько разнообразны, что нужно рассмотреть основные из них по отдельности.

Главный недостаток дифференциала

Дифференциал служит для распределения крутящего момента, поступающего от главной передачи, между полуосями ведущих колес. Крутящий момент постоянен, но соотношение его величины на ведущих колесах в определенных ситуациях должно быть различным.

Эта функция важна, когда автомобиль входит в поворот: внешнее колесо движется по большему радиусу и, соответственно, проходит за равный промежуток времени больший путь, чем внутреннее колесо. Чтобы «успеть» это сделать, угловая скорость внешнего колеса на время прохождения поворота должна повышаться.

Из-за смены направления движения центр тяжести автомобиля смещается в сторону поворота. В результате увеличивается сила сопротивления качению, и внутреннее колесо оказывается под большей нагрузкой, чем внешнее. Оно снижает скорость, дополнительно нагружая свою полуось.

На этом этапе в корпусе дифференциала из-за снижения угловой скорости более нагруженной полуоси внутреннего колеса начинают вращаться сателлиты. Они сообщают больший крутящий момент второй полуоси. Внешнее колесо повышает угловую скорость пропорционально тому, насколько ее снизило внутреннее колесо. Благодаря точному соотношению угловых скоростей машина проходит поворот плавно, без прыжков и пробуксовки.

Тот же принцип распределения крутящего момента действует в ситуации, когда одно из колес буксует в грязи, на льду или попадает на ухаб. Оно получает больший крутящий момент, ослабляя тяговую мощность колеса, находящегося в хорошем сцеплении с дорогой. Критическая ситуация может возникнуть при распределении в процентном соотношении 0% к 100%: автомобиль перестанет двигаться.

Чтобы машина сдвинулась с места, необходимо перераспределить крутящий момент, сообщив большее его значение нагруженному колесу. При работающем дифференциале сделать это невозможно. Поэтому его частично или полностью блокируют.

Типы блокировки

Блокировать работу механизма можно методом прямого соединения его корпуса с нагруженной полуосью или ограничив возможность сателлитов вращаться.

Блокировка имеет следующие виды:

1. Полная: величина передаваемого крутящего момента достигает 100 %. Детали узла соединяются жестко, лишая его возможности выполнять свои функции.
   
2. Частичная: крутящий момент в определенном соотношении распределяется дифференциалом принудительно и за счет ограничения работы его составных частей.
   

В зависимости от степени участия водителя, блокировка дифференциала может производиться в ручном или автоматическом режиме:

1. Принудительную блокировку выполняет водитель по мере необходимости (ручная блокировка). Для этого используют кулачковый дифференциал.
   
2. Самоблокирующийся дифференциал накладывает ограничения на работу автоматически (автоматическая блокировка). Необходимость блокировки и ее степень определяются разностью крутящих моментов на полуосях ведущих колес или их угловых скоростей. Некоторые разновидности таких систем используют датчик блокировки дифференциала.
   

Виды блокирующих устройств

Устройство блокировки узла зависит от его типа и применяемого механизма. Различный функционал накладывает ограничения и определяет возможность использования в межколесных или межосевых дифференциалах.

Кулачковое блокирующее устройство

Принудительная блокировка ручным способом осуществляется кулачковой муфтой (на рис. выделена желтой окружностью). Муфта выполняет полную блокировку механизма, жестко соединяя его корпус с нагруженной полуосью.

Кулачковый дифференциал приводят в действие следующие виды приводов:

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

Они включаются с помощью рычажного механизма или специальной кнопки на приборной панели (для электропривода).

Благодаря универсальности кулачковый дифференциал применяют на межосевых межколесных механизмов.

Самоблокирующийся дифференциал и его разновидности

Устройство самоблокирующегося (автоматического) дифференциала использует принцип повышения сил трения при изменении условий нагрузки на полуоси ведущих колес. Поэтому его другое название – “дифференциал повышенного трения” или LSD (Limited Slip Differential).

Самоблокирующийся дифференциал имеет четыре основные разновидности, зависящие от способа увеличения трения:

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

Дисковый механизм

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

В LSD этого вида трение создается между пакетами фрикционных дисков. Один фрикционный пакет имеет жесткое соединение с чашкой дифференциала, другие – с полуосями.

При равных скоростях вращения ведущих колес фрикционные пакеты вращаются с одинаковой скоростью. Когда угловая скорость меняется, диски ускоряющейся полуоси передают часть крутящего момента на другую полуось (частичная блокировка) за счет увеличивающейся силы трения с фрикционным пакетом корпуса (чашки).

Степень сжатия в дисковом дифференциале бывает постоянная (осуществляемая пружинами) или переменная (регулируемая гидроприводом).

Червячный механизм

Сателлиты и полуоси, имеющие в качестве привода червячную передачу, нашли широкое применение для создания LSD, который блокируется за счет разности крутящих моментов.

Такая система LSD с червячным приводом называется Torque Sensing (чувствительность к крутящему моменту) или сокращенно – Torsen. Принцип работы червячного механизма предельно прост: повышение крутящего момента на одной полуоси приводит к частичной блокировке и его передаче на другую полуось. При этом никаких дополнительных систем или узлов не требуется: червячный узел является изначально самоблокирующимся за счет свойств привода, в котором червячную шестерню не могут приводить в движение другие шестерни.

Червячный привод используют в межколесных и межосевых дифференциалах различных типов машин.

Вискомуфта

Вискомуфта состоит из набора близко размещенных между собой перфорированных дисков, помещенных в герметичный корпус с силиконовой жидкостью, которые соединены с чашкой и приводным валом.

При равенстве угловых скоростей узел работает в обычном режиме. Его блокировка происходит, когда скорость вращения вала увеличивается: диски, расположенные на нем, увеличивают скорость вращения и, перемешивая силикон, приводят к его затвердеванию. Диски чашки принимают и передают крутящий момент на другой вал, усиливая его тяговую мощность.

LSD, функции блокировки в котором выполняет вискомуфта, имеет большие габаритные размеры и применяется в межосевых дифференциалах. Также вискомуфта может работать в полноприводном автомобиле в качестве дифференциала, полностью выполняя его функционал.

Но у нее есть серьезный недостаток: возможный перегрев и периодическая несовместимость с системой ABS. Это привело к тому, что в современных автомобилях вискомуфта используется крайне редко.

Электронная блокировка

Дифференциал повышенного трения, в котором используется система электронной блокировки, реагирует на изменение угловых скоростей ведущих колес.

Управление дифференциалом производится с помощью программного обеспечения. В случае увеличения скорости вращения одного колеса в тормозной системе создается давление, и его скорость снижается. При этом тяговая мощность становится выше, а крутящий момент передается на другое колесо.

Таким образом,дифференциал не оснащается дополнительными элементами и не блокируется, то есть не является LSD по сути. Перераспределение крутящего момента и выравнивание угловых скоростей производится под действием тормозной системы, которая программно управляется антипробуксовочной системой.

Подведем итог

Блокировка дифференциала – важная функция, обеспечивающая безопасность движения и улучшающая управляемость автомобиля в критических ситуациях. Возможность автоматически заблокировать буксующее колесо или ось освобождает водителя от дополнительных действий при смене дорожного покрытия.

Источник

Если Вы заметили ошибку, неточность или хотите дополнить материал, напишите об этом в комментариях, и мы исправим статью!

Ключевые теги: устройство автомобиля

все, что вам нужно знать

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

Ахиллесова пята

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

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

Материалы по теме

Зачем Ладе 4х4 дополнительные синхронизаторы и блокировки?

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

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

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

Дискотека

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

Материалы по теме

История легкового полного привода: по полной программе

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

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

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

Дисковый самоблокирующийся дифференциал (схема 1): 1 — корпус дифференциала; 2 — левая полуосевая шестерня; 3 — левый пакет дисковых фрикционов; 4 — правая полуосевая шестерня; 5 — правый пакет дисковых фрикционов; 6 — ось блока сателлитов; 7 — раздвижные полукольца блока сателлитов.Дисковый самоблокирующийся дифференциал (схема 1): 1 — корпус дифференциала; 2 — левая полуосевая шестерня; 3 — левый пакет дисковых фрикционов; 4 — правая полуосевая шестерня; 5 — правый пакет дисковых фрикционов; 6 — ось блока сателлитов; 7 — раздвижные полукольца блока сателлитов.

Червоточина

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

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

Червячный самоблокирующийся дифференциал Torsen T1 (схема 2): 1 — корпус дифференциала; 2 — левая полуосевая шестерня; 3 — пара червячных сателлитов; 4 — правая полуосевая шестерня; 5 — ось сателлита; 6 — прямозубые шестерни взаимного зацепления сателлитов. Червячный самоблокирующийся дифференциал Torsen T1 (схема 2): 1 — корпус дифференциала; 2 — левая полуосевая шестерня; 3 — пара червячных сателлитов; 4 — правая полуосевая шестерня; 5 — ось сателлита; 6 — прямозубые шестерни взаимного зацепления сателлитов.

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

Материалы по теме

Все о дифференциалах: крутящий момент истины

Конструкция Торсена настолько чувствительна к изменению момента на осях, что мгновенно блокирует дифференциал, позволяя реализовать крутящий момент на колесе с лучшим сцеплением.

Torsen второго типа (T2) устроен проще. Похожий принцип работы имеет самоблокирующийся дифференциал Quaife, запатентованный в 1965 году. Одна из вариаций подобной конструкции показана на схеме 3. Два ряда винтовых сателлитов расположены продольно в корпусе дифференциала. Каждый из них находится в зацеплении со своей осевой шестерней. При этом сателлиты из разных рядов также соединены попарно. По архитектуре и принципу действия эта конструкция напоминает червячную передачу в Торсене Т1, но с продольным расположением. В зависимости от модели такого самоблока, в нем может быть от трех до пяти пар сателлитов.

При движении автомобиля в повороте продольный пакет сателлитов работает так же, как его сородичи в обычном дифференциале. При пробуксовке колеса в винтовых зацеплениях возникают осевые и радиальные силы. Они как бы распирают полуосевые шестерни и их сателлиты, прижимая их торцами к корпусу дифференциала. В отличие от схемы Т1, у Т2 червяки не закреплены на отдельных осях, а стоят в подобии колодцев. В итоге возникает целый ряд пар трения. Во‑первых, это полуосевые шестерни и стенки дифференциала, а во‑вторых — сателлиты и их колодцы. Причем червяки распирает в них так, что они контактируют со стенками в продольном и поперечном направлениях. Все эти силы трения суммарно блокируют дифференциал.

Винтовой самоблокирующийся дифференциал Torsen T2/Quaife (схема 3): 1 — корпус дифференциала; 2 — левая полуосевая шестерня; 3 — винтовой сателлит левого ряда; 4 — правая полуосевая шестерня; 5 — винтовой сателлит правого ряда; 6 — крышки корпуса дифференциала.Винтовой самоблокирующийся дифференциал Torsen T2/Quaife (схема 3): 1 — корпус дифференциала; 2 — левая полуосевая шестерня; 3 — винтовой сателлит левого ряда; 4 — правая полуосевая шестерня; 5 — винтовой сателлит правого ряда; 6 — крышки корпуса дифференциала.

На своем месте

Материалы по теме

Супертест 10 «проходимцев»: чей полный привод лучше?

Если конкретная модель автомобиля обделена дифференциалом повышенного трения (LSD), а владелец хочет его заполучить, чтобы увереннее чувствовать себя на бездорожье или получать больше удовольствия от езды по гоночному треку, есть несколько путей решения проблемы.

Подбор самоблока зависит от режима эксплуатации машины. Если это обычная повсе­дневная езда и любительские соревнования в различных дисциплинах, то первым делом нужно изучить все существующие модификации автомобиля. Возможно, что некоторые версии получают LSD на заводском конвейере, но не поставляются на наш рынок. В этом случае можно заказать самоблок по каталогу или поискать бывший в употреблении. Лучше брать новый: это дороже, но будет уверенность, что он встанет на автомобиль как родной. Еще важнее другое: производитель тестировал машину с таким дифференциалом, подбирал его вид (дисковый или винтовой) и характеристики, чтобы по-настоящему раскрыть потенциал машины.

Случаются парадоксы: достоинство узла в определенных условиях становится его недостатком

Если заводского варианта нет, то предпочтительнее взять винтовой дифференциал типа Torsen T2/Quaife. Он проще и значительно дешевле версии T1, но при этом не сильно отстает по характеристикам. Аналогичные дифференциалы предлагает масса других производителей. Среди достоинств такого самоблока — быстрое, но мягкое и прогнозируемое срабатывание, широкий диапазон изменения момента на колесах, внушительный ресурс и надежность. При подборе дифференциала рекомендуется ограничиться преднатягом до 7 кг. Иначе его ресурс будет заметно ниже из-за повышенного износа внутренних элементов — без получения заметных ездовых дивидендов.

Если же нужна подготовка под професси­ональный уровень соревнований на бездорожье и треке, лучше выбрать дисковый самоблок. Рынок предлагает много подобных узлов. Частенько такие самоблоки имеют преднатяг от 10 кг. Благодаря этому они отлично работают в условиях соревнований — но при этом крайне непрактичны в повседневной езде, так как блокируются слишком рано и жестко. Дисковые дифференциалы проще переваривают высокую степень преднатяга, однако она достаточно быстро проседает. Для ее восстановления потребуется снятие и полная разборка узла.

КЛАССОВОЕ ДЕЛЕНИЕ

Коэффициент блокировки (КБ) — одна из двух основных характеристик самоблокирующегося дифференциала. КБ характеризует соотношение моментов на отстающем колесе (имеет хорошее сцепление с дорогой) и на забегающем (потеряло сцепление). Для свободного межколесного дифференциала он равен единице — дифференциал всегда делит крутящий момент между осями поровну. Для самоблоков КБ обычно составляет от 1 до 5. То есть при наивысшем коэффициенте такой дифференциал может реализовать на отстающем колесе в пять раз больше крутящего момента, чем на забегающем.

Некоторые производители указывают КБ в процентах. Если конкретный дифференциал имеет коэффициент 30%, то он может передать максимум 65% момента на колесо с лучшим сцеплением (стандартные 50% плюс 30% от оставшейся половины, то есть еще 15%). Если КБ равен 70%, то этому колесу достанется до 85% усилия (50% + 35%).

КБ зависит от конструктивных особенностей дифференциала. Для червячных (винтовых) узлов это в первую очередь угол нарезки зубьев на шестернях, а для дисковых — конфигурация фрикционов.

Другая важная характеристика дифференциала — преднатяг. Чем он больше, тем значительнее первоначальный момент внутреннего трения в узле. В основном он зависит от тех же особенностей, что и КБ. Однако современные самоблоки всё чаще имеют в своей схеме регулировочные шайбы. Они стоят между полуосевыми шестернями и дополнительно их распирают, увеличивая преднатяг, который можно подгонять под любые условия эксплуатации.

Дополнительный плюс конструкции с шайбами — возможность продлить жизнь дифференциала. Со временем неизбежен износ зубьев червяков и фрикционных дисков, который снижает преднатяг и эффективность работы узла. Замена пружинных конических шайб, которые тоже ослабевают, вновь взбодрит самоблок, если подобрать необходимое количество шайб и их толщину. Важно учитывать, что увеличенный преднатяг всегда повышает нагрузку на любой дифференциал, что неизбежно усиливает его износ и сокращает ресурс.

Благодарим за помощь в подготовке материала «КПП Сервис» (www.vaz08–15.ru).

Самоблоки: все, что вам нужно знать

Фото: компании-производители

Самоблоки: все, что вам нужно знать
Источник

Понравилась статья? Поделись с друзьями в соц. сетях!

Различные типы дифференциалов и их работа

Существуют различные типы дифференциалов, подходящие для конкретного автомобиля, поскольку они служат для передачи мощности двигателя на колеса. В моем предыдущем посте дифференциал объяснялся как механизм, который передает крутящий момент двигателя на колеса с целью разделения мощности, позволяя колесам двигаться с разной скоростью.

Сегодня мы подробно рассмотрим различные типы дифференциалов и принципы их работы.

Типы смазки — граничная, гид…

Пожалуйста, включите JavaScript

Типы смазки — граничная, гидростатическая и гидродинамическая

Содержание

• • 900 19

Ниже приведены различные типы дифференциалов, которые можно найти в автомобилях:

• Открытый дифференциал
• Заблокированный дифференциал
• Сварной/золотниковый дифференциал
• Дифференциал повышенного трения
• Дифференциал Torsen
• Активный дифференциал
• Дифференциал с вектором крутящего момента

Теперь давайте посмотрим их объяснения!

Прочтите: Понимание системы автоматической трансмиссии

Открытый дифференциал:

Основная форма открытого дифференциала состоит из двух половин оси с шестерней на каждом конце, которые соединены вместе третьей шестерней, образующей три стороны квадрат. В завершение квадрата добавляется четвертая передача для увеличения силы. Прочность увеличивается за счет добавления зубчатого венца к корпусу дифференциала, который удерживает основные шестерни. Этот зубчатый венец гарантирует, что колеса будут приводиться в движение за счет соединения приводного вала через шестерню.

Преимущество открытого дифференциала заключается в более эффективном повороте оси, что достигается за счет того, что внешнее колесо поворота движется с большей скоростью, чем внутреннее колесо, покрывая землю. Еще одним преимуществом является то, что он относительно дешев в производстве и распространен.

У этого типа дифференциала также имеются недостатки, поскольку крутящий момент равномерно распределяется между обоими колесами. Из-за этого мощность, передаваемая на колеса, ограничена колесом с наименьшим сцеплением.

Заблокированный дифференциал:

Заблокированный дифференциал часто встречается на автомобилях, которые передвигаются по бездорожью. По сути, это открытый дифференциал с эффектом блокировки оси на месте для создания фиксированной вместо независимой. Этот эффект может осуществляться вручную или с помощью электроники в автомобиле.

Преимущество заблокированного дифференциала заключается в получении большей тяги, чем при открытом дифференциале. Это будет достигнуто, потому что крутящий момент не распределяется поровну 50/50 на колесо. Больший крутящий момент может быть каналом для колеса с лучшим сцеплением.

Один из недостатков заблокированных дифференциалов называется заеданием, это происходит, когда в трансмиссии накапливается избыточная вращательная энергия (крутящий момент), которую необходимо высвободить. Это освобождение может быть сделано, когда колеса оторвутся от земли, чтобы сбросить положение или просто разблокировать ось, когда они больше не нужны.

Сварной/золотниковый дифференциал:

Сварной дифференциал очень похож на заблокированный, за исключением того, что он постоянно приварен из открытого дифференциала к неподвижной оси. Сварка фиксированной оси специально сделана для того, чтобы оба колеса вращались одновременно. Автомобили с таким дифференциалом предназначены для дрифта.

Дифференциал не подходит для других условий движения, так как сварка уже испортила прочность компонента. это также увеличивает риск катастрофического отказа детали, что может привести к взрыву сломанных шестерен дифференциала через корпус дифференциала.

Дифференциал повышенного трения:

Этот тип дифференциала сокращенно называется LSD. Он сочетает в себе преимущества как открытого, так и заблокированного дифференциала через более сложную систему. Для достижения того же в этом дифференциале используется другая форма сопротивления. Они подразделяются на:

• Механическая муфта LSD
• Вязкая LSD

Механическая муфта LSD

Механическая муфта SLD содержит ту же основную шестерню, что и открытые дифференциалы с парой нажимных колец. Нажимные кольца воздействуют на два набора дисков сцепления, расположенных рядом с шестернями. Это обеспечивает сопротивление независимому вращению колес, что меняет действие дифференциала с открытого на заблокированное. Это также обеспечивает повышенную тягу к нему.

В этом типе механического сцепления LSD — прижимные кольца, окружающие основные шестерни, которые раздвигаются центральными зубчатыми штифтами. Он давит на наклонные поверхности при вращении и толкает прижимные кольца в парк сцепления (желтое и синее) с обеих сторон. Это создает сопротивление и изменяет работу открытой оси на фиксированный эффект.

Читайте: Все, что вам нужно знать о дифференциале

Механическая муфта LSD далее делится на подтипы, которые функционируют по-разному. Они меняются при воздействии давления на диски сцепления и прижимное кольцо. Ниже представлены различные типы механических муфт LSD:

• Односторонний LSD: давление проявляется только при замедлении, что означает, что он ведет себя как открытый тип на поворотах. Это заставляет колесо вращаться независимо. Но при ускорении вращение муфты дифференциала создает трение в дисках сцепления. Это фиксирует их на месте, чтобы получить больше тяги.
• Двухсторонний LSD: при торможении давление также оказывается на диски сцепления. Помогает улучшить устойчивость при торможении на переменном дорожном покрытии.
• Полуторный LSD: он пытается объединить преимущества подтипов, оказывая хорошее давление при ускорении и меньшее при замедлении.

Вискомуфта LSD:

Вискомуфта — это второй тип самоблокирующегося дифференциала, в котором вместо сцепления используется густая жидкость для создания сопротивления, необходимого для переключения дифференциала, работающего между открытым и заблокированным. Этот тип проще, потому что в нем меньше движущихся частей, чем в механическом LSD.

Работа в приложении стала более плавной, так как сопротивление увеличивается в унисон со скоростью вращения колес, обеспечивая очень постепенное увеличение. Вязкий LSD более эффективно передает крутящий момент на колесо с большим сцеплением. Это связано с тем, что жидкость действует как устойчивая к скорости. если колесо когда-либо теряет сцепление с дорогой и прокручивает разницу в скорости между двумя колесами внутри дифференциала. Он создает большее сопротивление медленно движущемуся колесу, передавая на него больший крутящий момент от карданного вала.

Недостаток этого типа, который ограничивает его использование, заключается в том, что жидкость нагревается и становится менее вязкой, что приводит к меньшему сопротивлению. Он также не может полностью заблокироваться, как механический LSD, потому что жидкость не может обеспечить абсолютное сопротивление в достаточном пространстве.

Присоединяйтесь к нашей рассылке новостей

Дифференциал Torsen:

В дифференциале Torsen используется яркая передача, которая производит тот же эффект, что и самоблокирующийся дифференциал. Но он не работает ни со сцеплением, ни с сопротивлением жидкости. Вместо этого к традиционной системе передач открытого дифференциала добавляется слой червячной передачи. Наборы червячных передач, действующих на каждую ось, обеспечивают сопротивление, необходимое для передачи крутящего момента. Это достигается за счет того, что червячные шестерни находятся в постоянном зацеплении друг с другом через соединенную прямозубую шестерню.

Постоянное зацепление между двумя сторонами дифференциала помогает мгновенно передавать крутящий момент. Это делает его более чувствительным при изменении дорожных и дорожных условий. Дифференциал Torsen также способен направлять высокий процент крутящего момента на одно колесо в зависимости от скорости передачи. В отличие от открытого дифференциала, который должен равномерно распределять крутящий момент между колесами.

В дифференциале Torsen зубчатая передача может быть обработана таким образом, что различное отношение сопротивления будет воздействовать при ускорении и замедлении точно так же, как полтора дифференциала повышенного трения. это достигается механически без использования электроники или любой другой формы испарения. Дифференциал Torsen — лучшая механическая система, обладающая всеми качествами других дифференциалов, перечисленных в этом посте.

Активный дифференциал:

Дифференциал активного типа очень похож на дифференциал повышенного трения, поскольку в нем все еще используются механизмы. Механизм используется для обеспечения сопротивления, необходимого для передачи крутящего момента с одной стороны на другую. Муфты активируются электронным способом, а не полагаются на чисто механическое усилие.

Активные дифференциалы используют электронику для искусственного изменения механических сил, с которыми система сталкивается в изменяющихся условиях движения. Вот почему они являются управляемыми и, следовательно, программируемыми. А с датчиками на таком транспортном средстве компьютер может автоматически определять, на какие колеса передавать мощность и когда ее следует передавать.

Эти типы дифференциалов хороши в работе, особенно на плохих дорогах, и помогают улучшить автомобили, которые выдерживают быстро меняющиеся условия вождения. Но это будет система, которая сможет поддерживать постоянную регулировку автомобиля.

Дифференциал с векторизацией крутящего момента:

Дифференциал с векторизацией крутящего момента также использует улучшенную электронную систему и даже использует ее для изменения угла или вектора движения автомобиля. Он побуждает определенные колеса потреблять больший крутящий момент, когда это необходимо, что улучшает его характеристики на поворотах. Когда активирована противоположная муфта, то, которая обычно включается только механическим приводом LSD, может использоваться для помощи в рулевом управлении. В то же время уменьшая мощность, преодолевая недостатки в системе ЛСД.

В углу этого дифференциала многоходовой LSD оказывает сопротивление на оба колеса до частичной блокировки оси. А также стабилизировать его при торможении, которое затем отпускается при падении скорости вращения колес и повороте автомобиля. Это позволяет колесам вращаться с разной скоростью. Но вместо того, чтобы отключать сопротивление на обоих колесах, TVD будет продолжать включать сцепление только на внешнем колесе. Это увеличивает сопротивление, испытываемое колесом, и заставляет систему направлять на него больший крутящий момент. Дисбаланс мощности будет из-за внешней стороны, заставляя автомобиль проходить крутые повороты и уменьшая недостаточную поворачиваемость.

Если при прохождении поворота постоянно ощущается сопротивление, когда транспортное средство проходит апекс и начинает разгоняться, оно продолжит подавлять обычный многосторонний LSD. Это снова интерпретирует более быстрое движение внешнего колеса как проскальзывание и перенаправляет крутящий момент во время ускорения на внутреннее колесо, поскольку оно воспринимает большее сцепление с дорогой.

TVD оказывает большее сопротивление на муфту внешних колес, система обманывается, чтобы отводить через него больший крутящий момент. это достигается за счет увеличения мощности, которую можно применить, и уменьшения недостаточной поворачиваемости, возникающей при ускорении на выходе из поворота.

Прочтите: Вещи, которые вам нужно знать о механической трансмиссии

Дифференциалы с вектором крутящего момента способны передавать 100 % доступного крутящего момента через одно колесо. Это только тогда, когда нужен крутящий момент в самых экстремальных условиях.

Ограничение этого TVD заключается в том, что он очень сложный и очень дорогой и обычно используется для гоночных/трековых приложений из-за его потенциала прохождения поворотов на высокой скорости.

Все типы дифференциалов имеют свои преимущества и недостатки. Надеюсь, теперь вы знаете различные типы дифференциалов. Если у вас есть какие-либо вопросы, пожалуйста, задайте их в поле для комментариев и, пожалуйста, поделитесь этой статьей с другими студентами технических специальностей. Спасибо!

Часть 2 — Дифференциалы повышенного трения — дорожные и гоночные трансмиссии

Это вторая часть наших технических статей. Часть 1 можно найти здесь.

Дифференциалы повышенного трения различаются по конструкции, и с момента их изобретения в 1930-х годах они становились все более сложными. Автоспорт был основной причиной улучшения и более совершенных дифференциалов повышенного трения. Желая сократить время прохождения круга, производители LSD добавили опции настройки к некоторым дифференциалам повышенного трения для оптимизации. Современные LSD предлагают преимущества сцепления с заблокированным задним дифференциалом, в то же время позволяя колесам вращаться независимо, когда это необходимо. Это дает отличное сцепление и значительное улучшение управляемости.

Вязкостные LSD

Вязкостные LSD устанавливались на дорожные автомобили с завода с начала 1980-х годов. Они работают по принципу измерения скорости и довольно примитивны по конструкции. Датчик скорости работает, замедляя колесо, которое начало вращаться, и перенаправляя крутящий момент на колесо, которое все еще имеет сцепление с дорогой. Работа Viscous LSD очень похожа на открытый дифференциал, с той разницей, что к одному из приводных валов прикреплен пакет сцепления. Этот пакет сцепления находится внутри корпуса дифференциала и содержит густую вязкую жидкость. В нормальных условиях поворота, когда оба колеса имеют сцепление с дорогой, диски сцепления могут перемещаться в жидкости, и эффект смещения крутящего момента будет незначительным. Когда одно колесо вращается, вязкая жидкость нагревается и создает дополнительное сопротивление, в результате чего вращающееся колесо замедляется и крутящий момент перенаправляется на колесо с сцеплением.

В принципе, это работает довольно хорошо, однако со временем жидкость разлагается, и вязкостной дифференциал становится открытым. Поскольку вискомуфты не предназначены для ремонта, замена жидкости обычно является дорогостоящей работой. Передача крутящего момента происходит с задержкой, так как одно колесо должно начать вращаться достаточно, чтобы нагреть жидкость, прежде чем произойдет мягкая блокировка. В некоторых приложениях для автоспорта эта задержка неприемлема и влияет на время прохождения круга.

Однако, несмотря на это, многие дорожные автомобили устанавливали их с завода, поскольку они были дешевы в производстве и надежны при трехлетней гарантии производителя. Конструкция допускает небольшие перепады скорости между колесами, благодаря чему они плавны при повороте.

Несмотря на то, что вязкостные LSD устарели, поскольку современные ATB и дифференциалы с гальваническим покрытием могут обеспечить лучшую производительность и большую надежность, они по-прежнему эффективны в качестве межосевых дифференциалов. В нормальных условиях жидкость не портится так сильно, поскольку передняя и задняя оси обычно имеют одинаковую скорость. Это также позволяет распределять крутящий момент почти 50/50 между передними и задними колесами. Когда вся ось начинает пробуксовывать, вязкостной центр LSD распределяет крутящий момент неравномерно. Это происходит только в ситуациях с очень низким сцеплением с дорогой, что делает его довольно ненавязчивым при обычном вождении.

ATB

Дифференциалы с автоматическим смещением крутящего момента (ATB) входят в стандартную комплектацию высокопроизводительных автомобилей, потому что они гладкие и обеспечивают повышенную тягу по сравнению с открытым дифференциалом. Они состоят из нескольких косозубых шестерен, которые распределяют крутящий момент в соответствии с коэффициентом смещения, но при этом допускают разные скорости вращения колес. Открытый дифференциал имеет коэффициент смещения 1:1, тогда как ATB может иметь коэффициент смещения 4:1. Например, коэффициент смещения 4:1 означает, что колесо с наибольшим сцеплением может передавать на землю в 4 раза больший крутящий момент, чем колесо с наименьшим сцеплением. К сожалению, это означает, что в ситуациях со сверхнизким сцеплением (подъем колеса), если одно колесо имеет нулевое сцепление, другое колесо также не имеет сцепления с дорогой. Это потому, что 4, умноженное на ноль, все равно равно нулю.

Оба производителя ATB, которые мы поставляем (Quaife и Wavetrac), отличаются смещением крутящего момента и конструкцией, но оба они очень надежны. Оба они обладают превосходной прочностью и имеют пожизненную гарантию при условии, что они были поставлены и установлены авторизованным дилером.

Quaife ATB — вид изнутри

Quaife поставляет дифференциалы производителям транспортных средств, в том числе Ford, GM, Lotus и Chrysler, они ценятся за их повышенную производительность, долговечность и отличную стоимость. Quaife ATB варьирует смещение крутящего момента между автомобилями, поскольку разные автомобили подходят для разных коэффициентов смещения. Например, для заднеприводного автомобиля массой 2000 кг потребуется другое передаточное число, чем для переднеприводного автомобиля массой 1000 кг. Это гарантирует, что ATB будет работать максимально эффективно для вашего автомобиля. Quaife ATB никогда не блокируется полностью, чтобы обеспечить постоянную плавность хода.

Дифференциалы Wavetrac также используют различные коэффициенты смещения крутящего момента в зависимости от типа транспортного средства, но отличаются способностью обеспечивать привод при подъеме колеса. Wavetrac получил свое название от уникального «волнового» устройства в центре дифференциала. Когда колесо начинает пробуксовывать, волновое устройство создает внутреннюю нагрузку на дифференциал. Эта внутренняя нагрузка останавливает вращение колеса и перенаправляет крутящий момент на колесо, которое все еще имеет сцепление с дорогой.

Способность предотвращать пробуксовку колес и перенаправлять мощность, при этом позволяя колесам вращаться независимо друг от друга, делает их отличным выбором для мощных транспортных средств, таких как BMW и Mercedes.

И Quaife, и Wavetrac являются отличными ATB и очень хорошо работают на автомобилях, требующих улучшения тяги и управляемости. Это не вопрос Quaife против Wavetrac, поскольку у каждого из них есть черты, которые лучше подходят для определенных транспортных средств, и один не лучше другого. Любой ATB является отличным дополнением к современным электронным тормозам LSD и значительно повышает производительность. Мы бы порекомендовали ATB для гоночных автомобилей, которым нужен менее агрессивный дифференциал, но при этом требуется повышенное сцепление с дорогой и улучшенная управляемость. Благодаря своей плавности хода, бесшумности и надежности они являются отличным выбором для дорожного автомобиля, стремящегося к большей производительности. Они также являются хорошим выбором для дорожных транспортных средств, движущихся в условиях низкого сцепления с дорогой, таких как снег, лед, гравий или грязь, обеспечивая повышенное сцепление и, следовательно, безопасность для водителя и пассажиров.

Пластинчатые LSD

Пластинчатые LSD использовались десятилетиями после того, как изначально были разработаны для автоспорта. Все они имеют схожую конструкцию, но разные производители разработали свои дифференциалы и некоторые кардинально отличаются. Все они разделяют общую идею использования ряда дисков сцепления и внутренних пандусов для приложения давления к этим дискам сцепления, в результате чего дифференциал блокируется как сплошная ось. Эта блокировка — это то, что позволяет распределять крутящий момент на колесо с сцеплением, и насколько блокировкой можно управлять с помощью дроссельной заслонки.

Ряд производителей производят ЛСД с покрытием, некоторые из них намного эффективнее других. Мы поставляем пластинчатые LSD только от ведущих производителей (Cusco, Drexler, Kaaz & Titan), которым мы доверяем. Они доказали свою надежность, управляемость и высокую эффективность. Независимо от производителя, есть две основные вещи, которые определяют работу LSD: предварительная нагрузка и углы наклона.

Преднатяг — это статическая нагрузка на дифференциал, базовый уровень сопротивления между двумя колесами. Он определяется путем измерения крутящего момента, необходимого для поворота одного выходного вала, когда другой неподвижен. Предварительная нагрузка определяет, насколько трудно колесам вращаться независимо, пока не применяется усилие или торможение. Чем ниже этот показатель, тем больше LSD действует как открытый дифференциал, когда к нему не применяется сила. Более высокий предварительный натяг снижает агрессивность блокировки при ускорении или торможении. Преднатяг создается пружинными шайбами ​​в дифференциале и регулируется регулировочными шайбами.

Углы рампы в первую очередь определяют поведение LSD при ускорении и торможении. Их часто называют 1-ходовыми, 1,5-ходовыми и 2-ходовыми. Эти термины относятся к блокировке дифференциала. Вопреки распространенному мнению, 1,5 или 2 пути не обязательно лучше, чем 1 способ. Разным автомобилям подходят разные комбинации углов рампы. Британская система измерения углов рампы начинается с 0 и заканчивается 90. 0 означает наиболее агрессивный, а 90 — наименее агрессивный (без дополнительной нагрузки сверх предварительной нагрузки). Углы наклона менее 20 градусов не являются обычным явлением, а углы наклона более 80 градусов неэффективны, поскольку они работают как 9 градусов.рампа 0 градусов.

Мы обнаружили, что лучший способ визуализировать предварительные нагрузки и углы наклона — представить углы наклона в виде холма, а предварительный натяг — как силу, толкающую его вниз по склону (гравитация). Агрессивность — это то, насколько быстро машина поднимется в гору. Чем круче холм и больше гравитация, тем медленнее машина будет подниматься в гору. Это соответствует менее агрессивному запирающему действию.

Покрытие LSD режим работы.

Ряд других факторов влияет на характеристики блокировки пластинчатых LSD. Например, материалы трения пластин, характеристики тарельчатых шайб и количество сопрягаемых поверхностей пластин. Внешние факторы, такие как вес автомобиля, распределение веса, сцепление шин и мощность двигателя, также влияют на то, насколько хорошо блокируется дифференциал. Например, маломощный, легкий переднеприводный автомобиль на гравии не будет так же эффективно блокировать LSD, предназначенный для тяжелого заднеприводного автомобиля.

Некоторые LSD относятся к процентной блокировке, обычно это блокировка от 100% до 25%. К сожалению, эта цифра сильно сбивает с толку и в значительной степени не имеет отношения к современным ЛСД. ZF начал эту тенденцию, поскольку они не хотели раскрывать углы рампы в транспортных средствах, поскольку это было коммерческой тайной. Вместо этого они опубликовали цифру в %, чтобы показать, насколько они агрессивны. Этот процент относится как к ускорению, так и к замедлению, поскольку рампы равны. Современные LSD способны при необходимости полностью блокироваться и обычно имеют неровные пандусы. Это делает показатель % блокировки бесполезным в качестве сравнительного инструмента.

LSD с покрытием обеспечивают огромную гибкость и могут быть настроены в соответствии с вашим автомобилем, обеспечивая агрессивность, необходимую для мощности, и стабильность при торможении. Транспортные средства с более высокой мощностью и автомобили, склонные к подъему колес, получают огромную выгоду от пластинчатых LSD, поскольку весь крутящий момент может быть передан на колесо с сцеплением. Эта блокировка по требованию дает водителю полный контроль, повышая уверенность и сокращая время прохождения круга. Для автоспорта LSD с покрытием обеспечивают значительное увеличение производительности и управляемости. Дорожные автомобили также выигрывают от LSD с гальваническим покрытием, поскольку они позволяют передавать больше крутящего момента на дорогу и улучшают контроль над автомобилем.

Дифференциалы с электронным управлением вектором крутящего момента

Дифференциалы с вектором крутящего момента, возможно, являются самым сложным типом дифференциала. Они полагаются на использование датчиков современного автомобиля для точного расчета того, какой крутящий момент должен передаваться на каждое колесо или каждую ось. Используя такую ​​информацию, как: скорость вращения отдельных колес, положение дроссельной заслонки/тормоза, угол поворота рулевого колеса, поперечная/продольная перегрузка, компьютер рассчитывает, какой крутящий момент должен передаваться на каждое колесо, чтобы повысить скорость прохождения поворотов.

Поскольку это очень сложный тип дифференциала, он обычно доступен только непосредственно у производителя. Каждый производитель немного отличается в своей реализации, но при обнаружении проскальзывания колеса крутящий момент уменьшается на этом колесе, позволяя большему крутящему моменту передаваться на колеса с сцеплением. Тот же процесс происходит, когда компьютер считает, что автомобиль должен более или менее агрессивно проходить повороты, в результате чего вы можете выполнить более быстрый поворот. На прямой они обеспечивают более точную передачу крутящего момента на каждое колесо, увеличивая мощность, которую вы можете подавить.

В современных автомобилях обычно используется распределение крутящего момента между передней и задней осями. На некоторых полноприводных автомобилях они запрограммированы на передний привод для экономии топлива и на включение задней оси только при обнаружении пробуксовки колес. Компьютер реагирует так быстро, что водитель даже не понимает, что колеса начали пробуксовывать. Другие автомобили явно более смещены назад, например, Nissan GT-R может передавать 98% мощности на заднюю часть, но только максимум 50% на переднюю часть.

У электронных систем управления вектором крутящего момента не так много недостатков, однако их самая большая проблема — это стоимость ремонта, когда что-то пойдет не так. Сложные компьютерные микросхемы, датчики, гидравлические приводы и т. д. дорого ремонтировать. При серьезной модификации автомобиля установленная на заводе система векторизации крутящего момента может не реагировать так, как вы хотите, поскольку она не может учитывать модификации, что может снизить производительность. Единственная другая причина, по которой вы можете захотеть удалить систему вектора крутящего момента и установить традиционный LSD, связана с личными предпочтениями. Некоторым людям просто не нравится, как работает векторизация крутящего момента, и они могут найти его слишком агрессивным или недостаточно агрессивным.

Электронные дифференциалы на основе тормозов

Дифференциалы с электронным управлением на основе тормозов не являются настоящими дифференциалами повышенного трения, однако они основаны на той же технологии, что и дифференциалы с вектором крутящего момента. Вместо того, чтобы уменьшить крутящий момент на вращающемся колесе, применяется тормоз, чтобы замедлить его. Поскольку дифференциал представляет собой стандартный открытый дифференциал, когда к вращающемуся колесу применяется тормоз, это создает ложное ощущение сцепления, позволяя передавать равное количество крутящего момента на колесо с сцеплением. Хотя это устраняет некоторые недостатки открытого дифференциала, притормаживающее колесо по-прежнему не передает крутящий момент на землю.

По сравнению с дифференциалом с вектором крутящего момента, дифференциалы на основе тормозов потребляют меньше энергии и менее эффективны. Однако они лучше, чем открытые дифференциалы, и могут быть разницей между застреванием в грязи или нет. К счастью, модернизация их с помощью ATB является отличным выбором и значительно повышает их производительность. ATB очень хорошо работают с LSD на основе тормозов, поскольку к вращающемуся колесу нужно приложить лишь небольшое тормозное усилие, чтобы большой крутящий момент передавался на колесо с сцеплением.

Другие LSD

Существуют и другие типы самоблокирующихся дифференциалов, которые редко используются из-за их устаревшей конструкции. К ним относятся кулачок и собачка, детройтский шкафчик и дифференциал с фиксированной стоимостью.

AP Suretrac, вид внутренних частей

Дифференциалы

с кулачком и собачкой, такие как AP Suretrac, основаны на системе взаимосвязанных блоков. Конструкция довольно примитивная, а из-за отсутствия шестерен это не самый плавный из дифференциалов. Разница в скорости вращения колес достигается за счет того, что эти блоки скользят вверх и вниз, позволяя вращаться выходным валам. Блокирующее действие достигается за счет блокировки быстрого вращения колеса, поскольку блоки могут двигаться только с заданной скоростью. В условиях, когда оба колеса могут пробуксовывать, например, при трогании с места, крутящий момент передается на одно колесо, а затем обратно на другое. Это продолжается до тех пор, пока оба колеса не приобретут достаточно сцепления, чтобы не пробуксовывать. При интенсивном использовании блоки изнашиваются и округляются, что снижает эффективность. По мере развития других стилей дифференциала кулачок и собачка стали излишними.

Детройтский дифференциал представляет собой тип дифференциала, предназначенный в первую очередь для использования в торможении. Это еще одна безредукторная конструкция, которая отличается от других дифференциалов повышенного трения тем, что по умолчанию она заблокирована. Мощные пружины нажимают на храповое устройство, так что они надежно фиксируются до тех пор, пока не будет достаточно тяги и разницы в скорости вращения колес, чтобы преодолеть давление пружины. Это мгновенное снижение давления передает весь крутящий момент на одно колесо, в то время как другое свободно плавает. Этот тип дифференциала очень шумный и очень непредсказуемый в поворотах. По этим причинам он совершенно не подходит для дорожных транспортных средств, и такой же уровень блокировки может быть достигнут с помощью дифференциалов повышенного трения пластинчатого типа.

Дифференциал с фиксированным значением очень прост, это открытый дифференциал с дисками сцепления, обеспечивающими фиксированный уровень сопротивления. Это сопротивление не меняется при пробуксовке колес или любых других условиях. Обеспечивая сопротивление через дифференциал, некоторый дополнительный крутящий момент может быть распределен на колесо с сцеплением, это зависит от того, насколько велико сопротивление. Этот тип дифференциала использовался в некоторых старых американских дорожных автомобилях для борьбы с пробуксовкой колес в автомобилях большой мощности. Уровень сопротивления изменяет управляемость: более низкое сопротивление действует как открытый дифференциал, а более высокое сопротивление действует как сплошная задняя ось.