Дифференциал — слово, знакомое со школьных времен. Однако в автомобильной технике это понятие определяется по-другому. Дифференциал (дифференциал, если покопаться в латинском словаре) — это сложный механизм, который распределяет или изменяет крутящий момент между полуосями ведущих колес, обеспечивая тем самым их работу с разными угловыми скоростями. Однако если вы добавите к нему блокирующее устройство, то сможете самостоятельно распределять крутящий момент и регулировать соотношение угловых скоростей в зависимости от дорожных условий.
Установка запорного механизма имеет много преимуществ, но важно понимать, что это такое, и как он работает.
Назначение и устройство дифференциала
Ниже приводится обзор назначения и конструкции дифференциала. При прямолинейном движении колеса движутся плавно с одинаковым усилием и не отстают. На практике это выглядит так, как будто колеса вращаются с одинаковой угловой скоростью.
Но когда автомобиль должен повернуть, оказывается, что радиус колеи внешнего и внутреннего колеса значительно отличается, и внешнему колесу приходится преодолевать большее расстояние. Это означает, что крутящий момент не обязательно должен равномерно распределяться по каждой оси колеса. Под действием сил планетарного механизма — внутренняя звездочка на одной оси замедляется так, что спутники начинают вращаться вокруг собственной оси, увеличивая скорость звездочки на другой оси. Это означает, что автомобиль может маневрировать легко и безопасно.
Дифференциал является частью системы трансмиссии. Чтобы полностью понять принцип его действия, давайте разберемся, как он работает. Изучается в учебниках, обычно в конических дифференциальных диаграммах. Хотя существуют более сложные вариации, но примерный набор компонентов остается тем же.
Итак, основой является планетарный редуктор. Его основные рабочие элементы — центральные полуоси (солнца) и промежуточные, называемые спутниками. Все эти компоненты скрыты в корпусе устройства.
От двигателя крутящий момент через коробку передач и главный редуктор поступает на полувалы, а точнее на жестко закрепленные на них солнечные шестерни, через промежуточные шестерни (сателлиты). Другими словами, шестерни моста должны передавать крутящий момент на ведущие колеса, чтобы заставить автомобиль двигаться.
Видеоурок по принципу дифференциала
Место установки блокировки дифференциала зависит от трансмиссии автомобиля:
— в трансмиссию, переднюю ось и заднюю ось в полноприводных автомобилях;
— в коробке передач на переднеприводных автомобилях;
— задней оси в заднеприводных автомобилях.
Принцип работы блокировки дифференциала
Дорожные транспортные средства в основном едут прямо или поворачивают. Но это не бездорожье или попадание одного колеса в трясину или лед, тогда дифференциал не сыграет на пользу автомобилю. Он просто направит весь крутящий момент на колесо с меньшим сопротивлением. Тяговое усилие ослабнет, а крутящий момент упадет до абсолютного нуля.
Читайте также: Что такое иммобилайзер и в чем его секрет?
Именно для этого и была придумана блокировка дифференциала — чтобы иметь абсолютный контроль над «шасси», чтобы проехать там, куда обычный внедорожник даже не заглянет. После установки блокировки дифференциала появится возможность контролировать и распределять крутящий момент, передаваемый на мосты и ведущие колеса.
Как же все-таки можно заблокировать дифференциал? С самого начала предупредите, что если у вас есть ручная блокировка дифференциала, вы можете включить ее только на холостом ходу. В противном случае вы можете рассчитывать на сломанную ось и «заклинивший» дифференциал. Принцип заключается в том, что, блокируя дифференциал, мы распределяем крутящий момент поровну между колесами автомобиля — на то колесо, которое хорошо стоит на дороге, и на то, которое оказалось, например, в трясине, на скользком участке или висит в воздухе. И это колесо, которое не двигалось, начинает вращаться, автомобиль покидает проблемную зону.
Виды блокировок дифференциала
Существует несколько типов блокировок дифференциала:
- Частично. Ограничение вращения спутников в планетарном механизме. В то же время можно частично заблокировать дифференциал и таким образом частично перераспределить крутящий момент, но большая его часть перенаправляется на колесо со сцеплением.
- Полностью. Соедините корпус непосредственно с осью, на которую действует основная нагрузка, и жестко закрепите его. Т.е. передавать крутящий момент, как он есть, на колеса.
В соответствии с методом задействования, существуют:
- автоматический (самоблокирующийся).
- ручная блокировка;
Привод ручного замка может быть:
- пневматический.
- гидравлический;
- электрический;
- механический;
Ручная блокировка дифференциала обычно приводится в действие кулачковым механизмом. Он активирует блокировку дифференциала с помощью переключателя на приборной панели или рычажного механизма. Другими словами, водитель должен активировать устройство вручную. Нет никаких датчиков или напоминаний. Механизм является универсальным. Водитель, активируя специальное сцепление, соединяет полуось с корпусом дифференциала, и крутящий момент передается напрямую, без использования сателлитов.
Если вы купили автомобиль со значком «полный привод», это не обязательно означает, что у него есть блокируемый дифференциал. К сожалению, не все поклонники 4Х4 знают об этом. Поэтому внедорожник, подвешенный на диагональной подвеске в колее грунтовой дороги, совсем не редкость. В этой ситуации колеса, находящиеся в воздухе, энергично вращаются, а те, что плотно прижаты к земле, стоят без движения. Почему же это происходит?
Читайте также: Строение и функции штанги стабилизатора
Для городских автомобилей вполне достаточно стандартного дифференциала. Если на заснеженной трассе есть участок льда, большая часть крутящего момента будет передаваться на колесо, которое остается на твердой поверхности. Но этого недостаточно для езды по сложному бездорожью или размытой грунтовой дороге.
Поэтому были изобретены механизмы, которые, в зависимости от ситуации или желания водителя, могут реализовать блокировку, у полноприводных монстров даже есть выбор блокировки заднего или переднего дифференциала и блокировки межосевого дифференциала.
Самоблокирующийся дифференциал
Как следует из названия, он сам решает, когда «прийти на помощь». Он имеет различные варианты дизайна, давайте проанализируем их по отдельности.
Дифференциал ограниченного скольжения или вы также можете услышать — LSD, но это все названия одного механизма. В зависимости от ситуации и необходимости, он может работать, как обычный дифференциал, а может жестко блокироваться, если разница в:
- разница в крутящем моменте.
- угловая скорость;
Это принцип, по которому различают особенности его конструкции.
1. дисковый механизм
Она бывает разных вариантов, но основной принцип один: обеспечить блокировку при плохом сцеплении, на льду или яме, одного из колес, используя фрикционные диски. Существует целый пакет этих дисков, одни из которых крепятся к полуоси, а другие — к корпусу дифференциала. При нормальном движении диски расширяются и не влияют на движение колес.
1 — корпус; 2,4 — шестерни осей; 3,5 — комплекты фрикционных дисков; 6 — ось сателлитных колодок; 7 — скользящие полукольца.
При потере сцепления — фрикционные диски моста и дифференциала сжимаются, и крутящий момент передается от дифференциала к мосту напрямую, минуя сателлиты. Это означает, что крутящий момент передается в основном на ось, которая вращается медленнее. Это происходит из-за трения, возникающего между фрикционными дисками.
Если машина имеет гидравлический привод, степень сжатия будет переменной, а если установлен пружинный механизм, она будет обычной. Он используется в качестве межосевого дифференциала, в основном в спортивных автомобилях, или между осями в полноприводных внедорожниках.
Обучающее видео о том, как работает блокировка дифференциала
2 Вязкое сцепление
Редко используется из-за своих предполагаемых недостатков:
- частые перегревы.
- Несовместим с некоторыми ABS;
Поскольку вискозная муфта имеет внушительные размеры, она используется только между осями. Правда, бывают случаи, когда его устанавливают вместо дифференциала с полным автоматическим приводом. Свое название он получил благодаря особенностям своей работы.
Набор перфорированных дисков заключен в высоковязкую жидкость (силикон) и запечатан в герметичный контейнер. Как и в дисковом дифференциале, дисковый стек разделен на две части: одна на ведущем валу, другая на опорном. Если приводной вал набирает обороты, соединенные с ним диски также ускоряются. При этом происходит уплотнение силикона, который затвердевает и соединяется с дисками в опорном механизме, блокируя дифференциал. Когда скорость стабилизируется — жидкость возвращается в исходное состояние.
Читайте также: Автомобильный бензонасос — типы, устройство, диагностика неисправностей
3) Червячный (винтовой) механизм
Имеет тенденцию к частичной блокировке дифференциала в зависимости от величины крутящего момента. Внутри механизма вместо привычных сателлитов находится хитроумно сконструированная червячная передача. Он был изобретен в 1958 году и актуален до сих пор. Наиболее популярными из них являются Torsen T-1, Torsen T-2 и Quaife.
Особенностью данного типа блокировки является то, что процесс передачи крутящего момента возможен только от ведущей шестерни (самого червяка) к ведомой шестерне (полувалу), из-за высоких сил трения. Как это работает? В различных конструкциях T-1 или T-2 конструкция червячной передачи отличается только положением спутников. В Т-1 она поперечная по отношению к корпусу, а в Т-2 — продольная. Конструкция Torsen обоих поколений настолько чувствительна, что колесо, попавшее на лед, не успевает физически соскользнуть. Они широко используются в межосевых и поперечных межосевых дифференциалах.
4. Электронный замок
Фактически, этот тип не является дополнительным конструктивным элементом дифференциала и не блокирует его. Тормозная система, управляемая системой контроля тяги и приводимая в действие датчиком, выполняет свою работу. Электронная система блокировки реагирует на изменение угловой скорости ведущей оси.
Принцип работы основан на программном управлении дифференциалом. Когда колесо теряет сцепление с дорогой, давление направляется на тормозную систему, и она замедляется, тем самым увеличивая сцепление. Затем крутящий момент передается на другое колесо.
Плюсы и минусы самоблокирующегося дифференциала
Как и любое устройство, самоблокирующийся дифференциал имеет свои преимущества и недостатки.
Плюсы:
- Устранение, хотя и частичное, пробуксовки одного из колес.
- Улучшенная динамика при разгоне;
- Автоматизация всего процесса;
- Улучшенная плавучесть и управляемость автомобиля;
Недостатки:
- Основной недостаток заключается в том, что механизм часто включает блокировку, когда в этом нет необходимости, что может ухудшить управляемость автомобиля.
В заключение необходимо подчеркнуть важность блокировки дифференциала. В сложных дорожных ситуациях просто необходимо обеспечить высокий уровень безопасности и комфорта вождения. И что чрезвычайно важно, для преодоления сложных маршрутов, горной местности, размытого бездорожья. Возможность полной автоматизации дифференциала также повышает комфорт водителя.
