Как это устроено: блокировка дифференциала

    

Ранее мы уже публиковали материал, посвященный автомобильному дифференциалу. Советуем ознакомиться – найти его можно здесь. В материале вскользь упоминалось то, зачем нужна блокировка дифференциала. Если вкратце: при отсутствии системы блокировки в определенных случаях колесо с нормальным сцеплением будет иметь слишком малый крутящий момент, в отличие от вывешенного. В обычных условиях это не проблема, но стоит автомобилю увязнуть в грязи или глубоком снегу… Словом, с блокировкой дифференциала стоит разобраться – это действительно интересная вещь, о которой грамотному автолюбителю стоит знать.

Дифференциал автомобильный

Коротко о главном

Для начала освежим память. Дифференциал – это специальный механизм, ответственный за распределение крутящего момента по колесам. Он делает так, что одно колесо начинает вращаться быстрее, чем второе. Это особенно важно при поворотах, когда одно колесо встречает достаточно большое сопротивление, а второе, напротив, встречает сопротивление малое. При отсутствии дифференциала первое колесо попросту начало бы вращаться медленнее, чем второе. А все дело в том, что дифференциал стремится передать крутящий момент туда, где сопротивление наименьшее. Это наиболее простое объяснение. В действительности механика процесса имеет более сложное объяснение, но усложнение лишь повредит восприятия, так что остановимся на этом.

Элементы дифференциала

Суть блокировки дифференциала сводится к тому, чтобы передать крутящий момент именно туда, где он нужен. В тех случаях, когда автомобиль завязает в грязи, момент передается сразу двум колесам, а не только тому, которое проскальзывает. Решить задачу блокировки дифференциала можно разными способами. Предлагаем в них разобраться и выяснить, какая же блокировка будет наилучшей. 

Принцип блокировки

Блокировку классического дифференциала реализовать довольно просто. Для этого нужен выделенный специально под такую задачу пневматический, гидравлический или же электрический привод и сопутствующие механизмы (о них чуть позже). Управление может быть автоматическим или же ручным. Блокировка применима как к межосвевым, так и мостовым дифференциалам. Она может быть осуществлена посредством:

  • Соединения чаши (корпуса) дифференциала с полуосью;
  • Блокировки вращения сателлитов.

Как несложно догадаться, блокировка таит в себе опасность повреждения механизма. Вот например: автомобиль движется с некоторой скоростью и водитель вручную блокирует дифференциал. Так как для осуществления блокировки нужно создать жесткое соединение или же ограничить вращение некоторых элементов дифференциала, существует риск «срыва» механизма или же поломки полуоси. По этой причине блокировку безопасно осуществлять или при полной остановке автомобиля, или при движении на невысоких скоростях. Однако и здесь бывают исключения, обусловленные самим устройством механизма блокировки дифференциала. О них далее.

Устройство дифференциала

Блокировки с помощью вискомуфты

Вязкостные муфты находят множество применений в автомобилестроении. Они доказали свою эффективность и в реализации блокировки дифференциала. Технически все довольно просто: вискомуфту монтируют так, что одним приводом она закреплена к полуоси, а другим – к чашке (корпусу) дифференциала. В случае движения по ровной дороге угловые скорости полуоси и корпуса будут одинаковыми, так что вискомуфта не будет обеспечивать блокировку – она остается разомкнутой. Здесь есть несколько важных моментов:

  • Блокировка осуществляется за счет повышения трения внутри вискомуфты;
  • Чем больше разницах в скоростях, с которыми вращаются полуоси и чашка, тем выше будет степень блокировки;
  • Замыкание и размыкание вискомуфты происходят достаточно плавно (однако замыкание происходит быстрее).

Вариант блокировки с помощью вискомуфты отлично подходит для автомобилей, которые эксплуатируются в довольно жестких, но все же не экстремальных условиях. Например, вискомуфта обеспечивает своевременную блокировку дифференциала по ходу езды по некачественным дорожным покрытиям, но вот в условиях настоящего бездорожья она показывает себя не так хорошо. Причина проста: устройство запаздывает при включении и перегревается вследствие постоянного чередования условий «нормальное сцепление мостов – плохое сцепление – временное отсутствие сцепления». Но, как и было сказано, в остальном такой вариант блокировки применяется довольно широко. Вискомуфтами дифференциалов оснащены такие популярные кроссоверы, как Lexus RX300 и Toyota RAV4.

Самоблокирующиеся дифференциалы


Подобные дифференциалы имеют широкое распространение: Kia Sportage, Toyota 4Runner и многие другие модели. Многие автомобили еще советских временем имели механизм самоблокировки дифференциалов, хотя отечественный автопром по неясной причине отказывался от применения подобных механизмов в некотором своем транспорте. А устроены они почти так же, как обычные открытые дифференциалы, за той лишь разницей, что между чашкой и полуосями в них располагаются блоки фрикционных пластин.

Классический вариант самоблокирующегося дифференциала работает так: когда между полуосью и чашкой возникает разница в угловых скоростях, а сам дифференциал «пытается» перераспределить момент между ними, его работе начинают препятствовать фрикционные пластины. Дифференциалы с фрикционными блоками называют дисковыми. Нередко блоки подпружинивают, что увеличивает их надежность и позволяет использовать подобную блокировку в большем диапазоне отношений моментов. Однако последнее все равно остается слабым местом самоблокирующихся дифференциалов – диапазон моментов крайне невелик.

Один из вариантов исполнения дифференциала

С учетом недостатков самоблокирующихся дифференциалов, многие инжиниринговые компании направили серьезные экспертные и проектные мощности для поиска решений. Особенно преуспела компания ASHA Corp. Она улучшила механизм самоблокировки, снабдив его специальным насосом с поршнем. Доработанный дифференциал стали называть героторным, а саму насосную конструкцию окрестили как Hydra-Lock. При этом работает обновленный механизм как классический самоблокирующийся дифференциал, но с той оговоркой, что при нагнетании давления насосом поршень начинает давить на фрикционный блок. Это довольно простая и надежная конструкция, повышающая эффективность блокировки. Она используется во внедорожниках от Chrysler и на некоторых моделях Jeep.

Система “Torque sensitive differential”

Система таких компаний, как R.T. Quaife Engineering и Zexel Torsen стоит выделить в отдельный раздел. Самоблокирующиеся дифференциалы имеют множество исполнений, однако механизмы упомянутых компаний особенно интересны. По факту, они работает с гипоидными парами, которые имеют свойство «расклиниваться». Это позволяет не только быстро вводить в работу механизм блокировки, но и производить разблокировку дифференциала именно тогда, когда нужно.

Схематическое изображение дифференциала Torque

Дабы читателю было понятно, о чем идет речь, расскажем немного о гипоидных парах, которые еще называют гиперболоидными парами. Это особый вид винтовой зубчатой передачи, в которых сцеплены конические колеса с криволинейными или коническими зубьями. Самый важный момент: эти колеса расположены друг относительно друга под некоторым углом. Зачастую он равен 90°. Конструкций механизмов блокировки с использованием гипоидных пар как минимум три:

  1. Гипоидные пары типа «ведущая шестерня – сателлиты» (T-1). Каждая полуось в такой конструкции имеет свои сателлиты, связанные с сателлитами другой полуоси прямозубым зацеплением. В нормальном состоянии пара заклинена, но как только дифференциал отдает момент одной из полуосей, пару расклинивает и это приводит к частичной блокировке;
  2. Гипоидные пары, в которых оси сателлитов расположены параллельно полуосям (T-2). При этом сателлиты располагаются в чем-то вроде карманов чашек дифференциала. Спаренные сателлиты образуют между собой еще одну пару, которая при определенных условиях расклинивается и начинает работать на блокировку дифференциала;
  3. Планетарный механизм блокировки. Принципиально отличается от двух вышеуказанных конструкций и в чем-то им уступает (T-3). Его основные особенности: смещенные диапазоны работы частичной блокировки и номинального распределения моментов между осями, компактность, высокая надежность.

Все три конструкции имеют достаточно широкое распространение, хотя многие концерны отдают предпочтение именно третьему варианту. Так, например, подобным механизмом блокировки дифференциала оснащают спортивные автомобили. Дело в и диапазоне работы и распределении момента, и геометрии механизма, и в его малом весе. Но на в обычных легковых автомобилях и тем более внедорожниках такие механизмы тоже находят применение. Особенно часто их можно видеть на автомобилях от концерна Toyota: Land Cruiser, 4Runner, Supra, RAV4 (4 поколения), Celica.

Механизм с кулачковой муфтой

Вышеописанные механизмы устройства блокировки могут показаться довольно сложными. Однако практически все они начинал свой путь именно с этого классического механизма, а вернее, тандема «кулачковая муфта привод». Со временем этот тандем сильно преобразился, причем появились как новые типы приводов, так и были серьезно доработаны кулачковые муфты.

Кулачковая муфта

Если вкратце, то кулачковая муфта представляет собой пару полумуфт, которые располагают на концах соосных валов. В своем обычном положении полумуфты разомкнуты. На торцах полумуфт по кругу расположены т.н. кулачки прямоугольного или трапецевидного профиля. При необходимости блокировки вала полумуфты жестко сцепляются – пододвигаются и заполняют пространства между кулачками противостоящей полумуфты – обеспечивая передачу крутящего момента от одного вала к другому. Как несложно догадаться, момент зацепления полумуфт сопровождается ударом. По этой причине их снабжают специальными демпфирующими вставками. Сам механизм может приводиться в действие одним из следующих приводов:

  • Электрический;
  • Механический (встречается все реже);
  • Пневматический;
  • Гидравлический.

Многие автомобили имеют механический привод кулачкового дифференциала, однако сегодня все более распространенным становится электрический привод. Дело не только в его высокой надежности, но и в удобстве. Механизм блокировки может быть приведен в действие нажатием всего одной кнопки на приборной панели автомобиля. Если управления полностью ручное и исключает электрику, то почти наверняка оно требует манипуляций с рычажным механизмом. Последний и приводит в действие гидравлику или пневматику, которая далее блокирует дифференциал за счет замыкания кулачковой муфты.

Подробнее об электронной блокировке

Сразу отметим, что электронная блокировка дифференциала по сути не является блокировкой – это лишь ее имитация. Данная система работает в тандеме с ABS автомобиля и называется Traction Control или EDS. Первым автомобилем с электронной блокировкой дифференциала стал Lexus LS400, выпущенный в 1989 году. С тех пор система не особо изменилась. Она предусматривает наличие таких элементов:

  • Датчики вращения колес;
  • Электронный блок управления.

Здесь стоит отметить следующее: в отличие от вышеуказанных механизмов блокировки, электронная система может давать команду на создания давления в автомобильной тормозной системе. Она имеет насосы обратной подачи, а также пару клапанов в гидравлическим блоке ABS. Работу системы можно поделить на 3 фазы:

  1. Фаза увеличения давления:
  2. Фаза временного удержания давления;
  3. Фаза быстрого сброса давления.

Как читатель наверняка догадался, время начала и конца фаз будут зависеть от наличия и степени пробуксовки колес. Однако не стоит думать, что электронная блокировка исключает использование привычных систем блокировки дифференциала. Напротив, вседорожный транспорт остро нуждается в дополнительных системах контроля крутящего момента, который получают колеса. Невероятная проходимость автомобилей последних поколений 4Runner и Prado от японского концерна Toyota обусловлена добавлением к имеющейся системе блокировки дифференциала T-3 электронного «помощника».

Дифференциал с электронной блокировкой

Выбор системы блокировки дифференциала

Автолюбитель вполне может доработать свой автомобиль, заменив конструкцию, отвечающую за блокировку дифференциала, или добавив ее в случае отсутствия. Мы не будем давать рекомендаций по подбору соответствующих агрегатов, так как это требует индивидуального подхода. Скажем лишь, в что в процедуре замены устройств блокировки есть смысл лишь тогда, когда ваш автомобиль в своей штатной комплектации не имеет такого оснащения и в будущем вы хотели бы эксплуатировать его в жестких условиях (плохие дороги, бездорожье, глубокий снег, болота и т.п.). На выбор есть несколько вариантов блокировки:

  • Жесткая. Плюсы: проста в использовании и дешева в покупке и монтаже. Минус: становится причин повышенного износа трансмиссии;
  • Принудительная. Плюсы: возможность самостоятельно включать и выключать блокировку, отсутствие негативного влияние на управляемость транспорта. Минусы: высокая стоимость и сложность в установке;
  • Самоблокирующийся дифференциал. Плюсы: относительно доступная цена и простота в установке. Минус: особенности работы, влияющие на «рулежку» автомобиля – какое-то время после блокировки дифференциала он продолжает ехать прямо.

Многие владельцы автомобилей с обновленным механизмом блокировки отмечают, что принудительная блокировка является наилучшим вариантом для тех, кто хочет повысить проходимость автомобиля, а также иметь возможность управлять работой механизма блокировки напрямую. По факту, принудительная блокировка может использоваться лишь в определенных ситуациях, а в остальном она никак не будет влиять на работу трансмиссии и не помешает водителю. Если у вам полноприводный автомобиль, то как передний, так и задний дифференциал имеет смысл оснастить механизмом принудительной блокировки с механическим или гидравлическим приводом – система обеспечит максимальную проходимость, а ее надежность будет крайне высокой.

Вывод

Механизмы блокировки призваны устранить главный недостаток свободных дифференциалов – их полную неспособность передавать крутящий момент колесу с нормальным сцеплением в тех случаях, когда автомобиль попадает в грязь или глубокий снег. Но на практике блокировка в принципе повышает проходимость автомобиля в тяжелых условиях. Вариантов ее реализации довольно много и выше мы охватили лишь основные – в действительности конструкций очень много, но не все они получили широкое распространение. Для полного понимания роли блокировки в работе дифференциала мы рекомендуем ознакомиться с данным материалом.

Понравилась новость?
Приободрите автора:
Репост:
Полезные советы
Как это устроено: блокировка дифференциала
Рейтинг: 3 / 5
от: 9 пользователей
Средняя оценка:
    


Читайте также:


Войдите, либо пройдите быструю регистрацию для размещения комментариев