RU (495) 989 48 46
Пленка на бампер

АНТИГРАВИЙНАЯ ЗАЩИТА БАМПЕРА

 

Принцип работы самоблокирующегося дифференциала


Самоблокирующийся дифференциал — как это работает — журнал За рулем

Изучаем конструкцию основных типов самоблокирующихся дифференциалов. Какой самоблок (если он, конечно, не установлен на заводе) подойдет для вашего автомобиля?

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

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

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 блокируе

Самоблокирующийся дифференциал: как работает?

Термин «блокировка дифференциала», или «самоблокирующейся дифференциал» (самоблок), слышали многие автомобилисты, а вот как этот процесс выглядит на практике, знают лишь некоторые. И если раньше такой «опцией» автопроизводители оборудовали преимущественно внедорожники, то сейчас ее можно встретить и на вполне городском автомобиле. Кроме того, зачастую владельцы машин не оборудованных самоблоками, поняв, какую пользу они приносят, устанавливают их самостоятельно.

Но прежде чем разбираться с тем, как работает самоблокирующийся дифференциал, нужно понять, как он функционирует без блокировки.

Что такое дифференциал

Дифференциал (дифф) по праву можно считать одним из главных элементов конструкции трансмиссии автомобиля. С его помощью происходит передача, изменение, а также распределение выдаваемого двигателем крутящего момента между парой потребителей: колесами, расположенными на одной оси машины или же между ее мостами. Причем сила потока распределяемой энергии при необходимости может быть различной, а значит, и скорость вращения колес - разной.

В трансмиссии автомобиля дифф может быть установлен: в картере заднего моста, КПП и в раздаточной коробке, в зависимости от устройства привода(ов).

Те диффы, которые установлены в мосту или КПП, называются межколесными, а который находится между осями машины, соответственно – межосевым.

Назначение дифференциала

Как известно, автомобиль во время движения совершает различные маневры: повороты, перестроения, обгоны и т. д. Кроме того, поверхность дороги может содержать неровности, а это значит, что колеса автомобиля, в зависимости от ситуации, в одно и то же время могут проходить различное расстояние. Поэтому, например, при повороте, если скорость вращения колес на оси будет одинаковой, то одно из них неминуемо станет пробуксовывать, что приведет к ускоренному износу покрышек. Но это не самое страшное. Гораздо хуже то, что у транспортного средства значительно снижается управляемость.

Вот для решения подобных проблем и придумали дифференциал – механизм, который будет перераспределять энергию, поступающую от двигателя, между осями автомобиля в соответствии с величиной сопротивления качению: чем оно меньше, тем больше будет скорость вращения колеса, и наоборот.

Механизм дифференциала

На сегодняшний день существует множество разновидностей диффов, и их устройство довольно сложное. Однако принцип работы в целом одинаков, поэтому будет проще для понимания рассмотреть самый простой тип – открытый дифференциал, который состоит из следующих элементов:

  1. Шестеренок, закрепленных на полуосях.
  2. Ведомой (коронной) шестерни, выполненной в виде усеченного конуса.
  3. Ведущей шестерни, закрепленной на конце ведущего вала, которая в совокупности с коронной образует главную передачу. Так как ведомая шестерня по размерам больше ведущей, то последней придется сделать несколько оборотов вокруг своей оси, прежде чем коронная выполнит только один. Следовательно, именно эти два элемента дифференциала снижают величину энергии (скорости), которая в итоге дойдет до колес.
  4. Сателлитов, которые образуют планетарный механизм, играющий ключевую роль в обеспечении необходимой разности в скорости вращения колес.
  5. Корпуса.

Как работает дифференциал

Во время прямолинейного движения автомобиля его полуоси, а значит, и колеса, вращаются с такой же скоростью, как и ведущий вал со своей косозубой шестерней. Но во время поворота воздействующая нагрузка на колеса становится различной (одно из них пытается крутиться быстрей), и за счет этой разницы освобождаются сателлиты. Теперь энергия двигателя проходит через них, а так как пара сателлитов – это две отдельные, независимые шестерни, то к полуосям передается разная по величине частота вращения. Таким образом, мощность, вырабатываемая двигателем, распределяется между колесами, но неравномерно, а в зависимости от действующей на них нагрузки: то, что двигается по внешнему радиусу, испытывает меньшее сопротивление качению, поэтому дифф передает на него больше энергии, раскручивая быстрее.

Разницы в том, как работает межосевой дифференциал и межколесный, нет: принцип действия аналогичен, только в первом случае распределенный крутящий момент направлен к осям автомобиля, а во втором - к его колесам, расположенным на одной оси.

Потребность в межосевом диффе особенно становится заметна во время движения машины по пересеченной местности, когда ее вес давит на ту ось, которая находится ниже другой, например, на подъеме или спуске.

Проблема дифференциала

Несмотря на то что дифференциал, безусловно, играет большую роль в конструкции автомобиля, его работа иногда создает проблемы для водителя. А именно: когда одно из колес оказывается на скользком участке дороги (грязи, льду или снегу), то другое, находящееся на более твердом грунте, начинает испытывать повышенную нагрузку, дифф старается это исправить, перенаправляет энергию двигателя на скользящее колесо. Таким образом, выходит, что оно получает максимальное вращение, в то время как другое, имеющее плотное сцепление с грунтом, попросту остается неподвижным.

Вот именно для решения подобных проблем была придумана блокировка (отключение) дифференциала.

Принцип блокировки и ее виды

Поняв принцип работы дифференциала, можно заключить, что если заблокировать его, то увеличится крутящий момент на том колесе или оси, которое имеет лучшее сцепление. Это можно сделать, если соединить его корпус с одной из двух полуосей или же остановить вращение сателлитов.

Блокировка может быть полной – когда части дифференциала соединяются жестко. Осуществляется, как правило, при помощи кулачковой муфты и управляется водителем через специальный привод из кабины автомобиля. Или же она может быть частичной, в этом случае на колеса передается только ограниченное усилие – так работает самоблокирующийся дифференциал, которому участие человека не требуется.

Как работает самоблокирующийся дифференциал

Самоблокирующийся дифференциал, по сути, представляет собой компромисс между полным блоком и свободным диффом и позволяет снизить пробуксовку колес машины в случае возникновения между ними разницы в коэффициенте сцепления с грунтом. Таким образом, значительно повышается проходимость, управляемость на бездорожье, а также динамика разгона автомобиля, причем независимо от качества дороги.

Самоблок исключает полную блокировку колес, что защищает полуоси от критических нагрузок, которые могут возникнуть на дифференциалах с принудительным выключением.

Блокировка с полуосей снимается автоматически, если при прямолинейном движении скорости вращения колес выравнивается.

Самые распространенные типы самоблоков

Дисковый самоблок – это набор фрикционных (трущихся) дисков, установленных между корпусом диффа и шестерней полуоси.

Понять, как работает дифференциал с таким блоком, несложно: пока машина едет по прямой, корпус диффа и обе полуоси крутятся вместе, как только в скоростях вращения появляется разница (колесо попало на скользкий участок), между дисками возникает трение, снижающее ее. То есть колесо, оставшееся на твердом грунте, продолжит вращаться, а не остановится, как в случае свободного дифференциала.

Вискомуфта, или иначе вязкостная муфта, так же как и предыдущий дифф, содержит два пакета дисков, только на этот раз перфорированных, установленных между собой с небольшим зазором. Одна часть дисков имеет сцепление с корпусом, другая – с валом привода.

Диски, помещены в емкость, заполненную кремнийорганической жидкостью, которая при равномерном их вращении остается в неизменном состоянии. Как только между пакетами появляется отличие в скорости, жидкость начинает быстро и сильно густеть. Между перфорированными поверхностями возникает сопротивление. Чересчур раскрутившийся пакет таким образом притормаживается, и скорость вращения выравнивается.

Зубчатый (винтовой, червячный) самоблок. Его работа базируется на способности червячной пары расклиниваться и тем самым блокировать полуоси при возникновении на них разницы в крутящих моментах.

Кулачковый самоблок. Чтобы понять, как работает дифференциал такого типа, достаточно представить открытый дифф, в котором вместо планетарного шестеренчатого механизма установлены зубчатые (кулачковые) пары. Кулачки проворачиваются (перескакивают), когда скорости вращения колес практически одинаковы, и жестко блокируются (заклиниваются), как только какое-то из них начинает пробуксовывать.

Разницы в том, как работает блокировка межосевого дифференциала и межколесного, нет – принцип действия одинаков, отличия только в конечных точках: в первом случае – два моста, во втором – два колеса, установленных на одной оси.

Отечественная «Нива» и ее дифференциалы

В линейке отечественных ВАЗов «Нива» занимает особенное место: в отличие от своих «родственников» по конвейеру, эта машина оборудована не выключаемым полным приводом.

В трансмиссии ВАЗовского внедорожника установлено три дифференциала: межколесные – в каждом мосту, и межосевой – в раздатке. Несмотря на такое количество, разбираться заново в том, как работают дифференциалы на «Ниве», не придется. Все точно так же, как описывалось выше. То есть, во время прямолинейного движения машины, при условии отсутствия пробуксовок на колесах, тяговое усилие между ними распределено равномерно и имеет одинаковую величину. Когда какое-то из колес начинает буксовать, то вся энергия от двигателя, пройдя через диффы, направляется к этому колесу.

Блокировка дифференциалов «Нивы»

Прежде чем говорить о том, как работает блокировка дифференциалов на «Ниве», следует отметить один момент, а именно уточнить назначение передней (маленькой) ручки раздаточной коробки.

Некоторые водители полагают, что с ее помощью у машины включается передний привод – это не так: и передний, и задний приводы у «Нивы» задействованы всегда, а этой ручкой осуществляется управление дифференциалом раздатки. То есть пока она установлена в положении «вперед», дифф работает в штатном режиме, а когда «назад» – отключается.

А теперь непосредственно о блокировке: при выключении дифференциала валы раздаточной коробки замыкаются между собой муфтой, тем самым принудительно выравнивая скорости их вращения, то есть суммарная скорость колес передней оси приравнивается к суммарной скорости задней. Распределение тяги происходит в сторону большего сопротивления. Допустим, буксует заднее колесо, если включить блокировку, тяговое усилие уйдет на переднюю ось, колеса которой вытянут машину, но если одновременно с задним забуксует и переднее колесо, то самостоятельно «Нива» уже не выберется.

Чтобы такого не случалось, автолюбители в мосты устанавливают самоблоки, которые помогут вытянуть застрявшую машину. На сегодняшний день самым популярным среди владельцев «Нивы» является дифференциал Нестерова.

Самоблок Нестерова

Именно в том, как работает дифференциал Нестерова, и заключен секрет его популярности.

Конструкция дифа позволяет не только оптимально регулировать угловую скорость колес машины при совершении маневров, но и в случае пробуксовок или вывешивании колеса устройство отдает ему минимальное количество энергии от двигателя. Причем реакция самоблока на изменение дорожной ситуации практически мгновенная. Кроме того, дифференциал Нестерова значительно улучшает управляемость машины даже на скользких поворотах, повышает курсовую устойчивость, повышает динамику разгона (особенно в зимний период), снижает расход горючего. А монтаж устройства не требует никаких изменений в конструкции трансмиссии и устанавливается точно так же, как классический дифф.

Дифференциал нашел применение не только в автомобильной технике, он оказался весьма полезен и на мотоблоках, значительно облегчив жизнь его владельцам.

Дифференциал для мотоблока

Мотоблок - агрегат довольно тяжелый, и, чтобы его просто повернуть, требуется немало усилий, а при нерегулируемой угловой скорости вращения колес это становится еще сложнее. Поэтому владельцы этих машин, если диффы не предусматривались изначально конструкцией, приобретают и устанавливают их самостоятельно.

Как работает дифференциал мотоблока? По сути, он лишь обеспечивает легкий разворот машины, останавливая одно из колес.

Другая его функция никак не связанная с перераспределением мощности – это увеличение базы колес. Конструкция дифференциала предусматривает его использование как удлинителя осей, что делает мотоблок более маневренным и устойчивым к опрокидываниям, особенно на поворотах.

Словом, дифференциал – вещь весьма полезная и незаменимая, а его блокировка в разы повышает проходимость автомобиля.

БЛОКИРОВКА ДИФФЕРЕНЦИАЛА: устройство, принцип работы, типы

Дифференциал, слово знакомое со школьной скамьи. Правда в устройстве автомобиля оно имеет иное определение. Дифференциал (разность, если покопаться в латинском словаре), является сложным механизмом, который распределяет или изменяет крутящий момент среди полуосей приводных колес, тем самым обеспечивая их работу с разной угловой скоростью. Но если к нему добавить устройство блокировки, то можно самому распределить крутящий момент, и скорректировать соотношение угловых скоростей, в зависимости от дорожных обстоятельствах.

Установка блокирующего механизма дает массу преимуществ, но необходимо разобраться, что он из себя представляет, и принцип его работы.

Назначение и устройство дифференциала

Ниже разберем назначение и устройство агрегата. При движении прямо, колеса движутся ровно, прилагая одинаковые усилия, и не отставая друг от друга. На деле это выглядит как колеса вращаются с одинаковыми угловыми скоростями.

Но, когда машина собирается повернуть, оказывается, что радиус пути внешнего колеса и внутреннего отличается значительно и внешнему колесу нужно пройти больше расстояние. А значит, крутящий момент должен распределяться не в одинаковых пропорциях на каждую ось колеса. Благодаря усилиям планетарного механизма — внутренняя шестерня одной полуоси замедляет ход, из-за чего сателлиты начинают прокручиваться вокруг себя, увеличивая тем самым скорость вращения шестерни другой полуоси. Т.е. автомобиль может спокойно и без усилий совершить маневр.

Дифференциал — это и есть элемент трансмиссии. Чтобы полностью понять, принцип его работы, разберемся, как он устроен. Изучают в учебниках, обычно, по схемам конического дифференциала. Хотя, есть более сложные разновидности, но примерный набор составляющих все же един.

Итак, основа — планетарный редуктор. Главные его рабочие элементы — центральные полуосевые шестерни (солнечные) и промежуточные, называемые сателлитами. Все это скрыто в чашке или корпусе агрегата.

От двигателя крутящий момент поступает через коробку передач и главную передачу на полуоси, а точнее на жестко зафиксированные на них солнечные шестерни, через промежуточные (сателлиты). Т.е. чтобы машина начала движение, шестерни полуосей должны довести крутящий момент до ведущих колес.

Видео-урок принципа работы дифференциала

Куда именно установить блокирующийся дифференциал, зависит от привода автомобиля:
• в раздатку, в передний и задний мост для полноприводных;
• в коробку переключения передач для переднеприводных;
• в задний мост для заднеприводных.

Принцип работы блокировки дифференциала

Автомобили, в большинстве своем, перемещаются по дороге прямолинейно либо поворачивает. Но бывает едет по бездорожью или попадает одним колесом в болото или лед, тогда дифференциал сыграет не в пользу автомобиля. Он попросту отправит весь крутящий момент на колесо с меньшим сопротивлением. И сила тяги будет стихать, приводя крутящий момент к абсолютному нулю.

Вот для чего придумали блокировку дифференциала, — ради абсолютного контроля над «ходовой», чтобы проехать там, куда обычный внедорожник даже не посмотрит. Установив блокировку, появиться возможность контролировать и распределять крутящий момент, передаваемый к полуосям и приводным колесам.

Как же возможно, все таки, блокировать дифференциал. Ну для начала, стоит предупредить, если у вас ручная блокировка, то задействовать такой механизм можно исключительно в состоянии покоя автомобиля. Иначе поломанная полуось и «сорванный» дифференциал обеспечены. Принцип сводится к тому, что блокируя дифференциал, мы распределяем крутящий момент поровну между колесами автомобиля — и тем колесом, что стоит хорошо на поверхности и тем, что попало, например, в болото, скользкий участок или висит в воздухе. И то колесо, которое не двигалось, начинает крутится, машина выезжает с проблемной зоны.

Виды блокировок дифференциала

Есть несколько видов блокировки:

По способу включения бывают:

Привод ручной блокировки может быть:

Как правило ручная блокировка происходит за счет кулачкового механизма. Он приводит в действие принудительную блокировку дифференциала, с помощью переключателя на приборной панели или рычажного механизма. Т.е. водитель вручную должен активировать блок. Никаких датчиков и напоминаний. Механизм универсален для применения.  Водитель, включая специальную муфту, соединяет полуось с корпусом дифференциала, и момент передается на прямую без участия сателлитов.

Если Вы купили автомобиль со значком «полный привод», это еще вовсе не значит, что на нем установлена блокировка дифференциала. К сожалению, не все любители 4Х4 об этом знают. Поэтому внедорожник, повисший в диагональном вывешивание в колее грунтовой дороги, совсем не редкость. В этой ситуации колеса, находящие в воздухе, энергично крутятся, а те, что плотно прижаты к земле, стоят без участия. Почему же так происходит?

Для городских автомобилей, вполне достаточно штатного дифференциала. Если на заснеженной трассе встретился участок со льдом, они передадут большую часть крутящего момента колесу, оставшемуся на твердой поверхности. Но для поездок по сложному бездорожью, или размытой грунтовке, этого мало.

Поэтому изобрели механизмы, которые по ситуации, или по желанию водителя, могут осуществить блокировку, у полноприводных монстров даже на выбор, заднего или переднего дифференциала и блокировку межосевого дифференциала.

Самоблокирующийся дифференциал

Как понятно из названия, решает когда «прийти на помощь», сам. Он имеет разновидности конструкции, разберем его отдельно.

Дифференциал повышенного трения или еще можно услышать — LSD, но все это названия одного механизма. В зависимости от ситуации и необходимости, может работать, как обычный дифференциал, а может жестко себя блокировать, если появиться разность в:

Вот по этому принципу и различают особенности его конструкции.

1. Дисковый механизм

Разновидностей имеет массу, но принцип работы один — обеспечить блокировку во время плохого сцепления, на льду или яме, одного из колес, по средствам фрикционных дисков. Таких дисков целый пакет, одни крепятся к полуоси, а другие к корпусу дифференциала. Во время обычной поездки диски разжаты и на движение колес не влияют.

1 — корпус; 2,4 — шестерни полуосей; 3,5 — наборы фрикционных дисков; 6 — ось блока сателлитов; 7 — раздвижные полукольца.

При потере сцепления — фрикционные диски полуосей, и дифференциала сжимаются и крутящий момент передается от дифференциала на полуось напрямую, без участия сателлитов. Т.е. крутящий момент в основном перейдет на ту полуось, которая вращается медленнее. А все, благодаря силе трения, происходящей между фрикционными дисками.

Если в машине предусмотрен гидравлический привод, то степень сжатия будет переменной, а если установлен пружинный механизм — регулярная. Применяется как в качестве межколесного дифференциала, в основном в спортивных авто, либо между осями у полноприводных внедорожников.

Видео-урок по принципу работы блокировки дифференциала

 

2. Вязкостная муфта (вискомуфта)

Используется крайне редко, из-за своих ощутимых недостатков:

Т.к. вискомуфта имеет внушительные размеры, то и применяется лишь между осями. Правда, случаются прецеденты, установки ее место дифференциала при полном автоматическом приводе. Название она свое получила из-за особенности работы.

Набор перфорированных дисков, помещен в супер вязкую жидкость (силикон), и запечатан в герметичный контейнер. Так же как и в случае с дисковым дифференциалом, пакет дисков поделен на две части, одни на ведущем вале, другие на ведомом. Если ведущий вал набирает обороты, прикрепленные к нему диски, также ускоряются. При этом они взбивают силикон, который затвердевает и блокируется с дисками ведомого, происходит блокировка дифференциал. Когда скорость вращения стабилизируется — жидкость вернется к исходному состоянию.

3. Червячный (винтовой) механизм

Имеет свойство частично блокировать дифференциал в зависимости от величины крутящего момента. Внутри механизма, вместо привычных сателлитов, располагается червячная передача, замысловатой конструкции. Придумали её еще в 1958 году, а актуальна она и по сей день. Самые популярные Torsen T-1, Torsen T-2 и Quaife.

Особенность данного типа блокировки в том, что процесс переноса крутящего момента возможен лишь от ведущей шестерни (самого червяка) к ведомой (полуосевой), из-за больших сил трения. Как это работает? В разных конструкциях T-1 или T-2, особенности построения червячного механизма, отличаются только расположением сателлитов. В Т-1 поперечно корпусу, а в Т-2 — продольно. Конструкция Torsen обоих поколений настолько чувствительна, что колесо, попавшее на лёд, не успевает физически пробуксовать. Широкое применение они нашли как в межосевых так и в межколесных дифференциалах.

4. Электронная блокировка

По сути, данный вид не является дополнительным конструктивным элементом дифференциала и не блокирует его. Всю работу на себя берет тормозная система, под управлением антипробуксовочной системы и запускается по средствам датчика. Реагирует электронная блокировка на изменение в угловой скорости ведущей оси.

Принцип действия основывается на управлении дифференциалом по средствам программного обеспечения. Если колесо теряет сцепление, возникает в тормозной системе давление, и оно замедляется, увеличивая тем самым тяговую мощность. Крутящий момент, в этом случае, перераспределяется на другое колесо.

Плюсы и минусы самоблокирующегося дифференциала

Как и, любое устройство, самоблок имеет свои преимущества и недостатки.

Плюсы:

Минусы:

Подводя итог, нужно подчеркнуть важность блокировки дифференциала. В сложных дорожных ситуациях она просто необходима для обеспечения высокого уровня безопасности и управляемости. И жизненно важна, для прохождения сложных трасс, горных местностей, размытого бездорожья. А способность самоблокирующегося дифференциала к полной автоматизации всех процессов еще и поднимает уровень комфорта автовладельца.

Самоблокирующийся дифференциал - принцип работы (видео)

Дифференциал – это  специальное механическое устройство, которое является элементом передачи, позволяющее распределять крутящий момент между осями. Чтобы хорошо понять, для чего нужен дифференциал, следует рассмотреть следующую ситуацию.

 

При прохождении поворота колеса, которые двигаются по внешнему и по внутреннему радиусу имеют разный путь прохождения поворота. Без дифференциала колеса бы имели одинаковую частоту вращения, что привело бы к немедленному заносу автомобиля на повороте, так как одно из колес начнет попросту буксовать. Дифференциал, ввиду своей конструкции, позволяет распределить вращающий момент таким образом, чтобы колесо, которое движется по внутреннему радиусу, получало как можно меньшую энергию вращения, а колесо, которое движется по внешнему радиусу, наоборот, имело большую скорость вращения. Это позволяет автомобилю равномерно входить в любой тип поворота, снижая шансы возникновения заноса к минимуму.

Дифференциал нашел широкое применение в редукторе заднего моста (актуально на автомобилях с задним приводом), в коробке переключения передач на автомобилях с передним приводом и сразу в трех элементах полноприводного автомобиля: редукторы переднего и заднего моста и раздаточной коробке передач. Редукторы мостов сами по себе являются дифференциалами.

Дифференциалы, в зависимости от расположения, подразделяются на: межосевые (располагаются в раздаточной коробке) и межколесные (располагаются в редукторах заднего моста).

Принцип работы самоблокирующегося дифференциала

В процессе езды наблюдается сразу три режима работы дифференциала:

1. Прямолинейное движение. При движении по прямой линии колеса автомобиля получают от дифференциала равную энергию, так как получают равное сопротивление дорожного покрытия. Сателлиты, проходя специальные полуосевые шестерни, выполняют передачу крутящего момента на колеса в абсолютно равном соотношении. В связи с тем, что сателлиты, расположенные на осях не получают вращающего момента, эти шестерни вращаются с одинаковой угловой скоростью. Получается, что частота вращения каждой шестерни будет равно частоте вращения шестерни ведомой передачи.

2. Движение в повороте. Колесо, которое выполняет перемещение по внутреннему радиусу поворота, встречает наибольшее сопротивление дорожного покрытия. Шестерня, расположенная на полуоси этого колеса начинает замедляться, и сателлиты начинают вращаться вокруг своей оси, при этом, они увеличивают скорость вращения шестерни на полуоси колеса, которое передвигается по внешнему радиусу. Таким образом, получается, что крутящий момент на разных колесах распределяется в одинаковом соотношении.

3. Движение по скользкой дороге. Этот режим работы очень напоминает прохождение поворотов. Только в этом случае колеса могут располагаться прямо. Если одно колесо находится на льду, а второе на асфальте, то вся вращающая энергия передается на колесо, которое оказалось на скользком покрытии. Колесо, которое стояло на асфальте, встречает большое сопротивление и не вращается. Принцип действия дифференциала такой же, как и при прохождении поворота.

Последний режим работы является главным недостатком дифференциала, так как автомобиль становится обездвиженным. Решением данной проблемы стало изобретение блокирующегося дифференциала, чтобы увеличить проходимость автомобиля в ситуациях, когда одно колесо начинает буксовать.

Блокировка дифференциала

Блокировка дифференциала используется в исключительных случаях. Таковыми могут являться участки дороги с неровным или скользким дорожным покрытием, где вращение колес должно быть абсолютно одинаковым. Блокировка дифференциала может быть ручной (примером может послужить автомобиль «Нива», где на раздаточной коробке установлен специальный рычаг управления блокировкой дифференциала) и автоматической, так называемая самоблокирующаяся. Блокировка дифференциала, чаще всего, используется на автомобилях повышенной проходимости.

Самоблокирующийся дифференциал (автоматическая блокировка). Виды самоблокирующихся дифференциалов.

Самоблокировка дифференциала является промежуточным звеном между полной блокировкой и свободным дифференциалом. Блокировка осуществляется при наличии следующих условий:

1. Появилась разница угловых скоростей колес.

2. Появилось разные крутящие моменты.

На основе этих условий самоблокировка дифференциала подразделяется на два вида:

Если одно из колес испытывает повышенное сопротивление дорожного покрытия, то его полуосевая шестерня начинает вращаться медленнее, относительно корпуса. Связанный с ним сателлит зацепляется и выполняет передачу вращения сателлиту из левого ряда, который, в свою очередь, передает вращение на левую полуосевую шестерню. Таким образом, обеспечивается разность угловых скоростей в труднопроходимом участке дороге. Из-за разности крутящих моментов, возникающих на колесах, появляются радиальные и осевые силы, которые, в свою очередь, прижимают соответствующие сателлиты и шестерни к корпусу. С помощью этого обеспечивается неполная блокировка, и колесо, которое встретило сопротивление дороги, получает дополнительную энергию. Таким образом, обеспечивается повышенная проходимость автомобиля на труднопроходимых участках.

Плюсы и минусы самоблокировки

Очень серьезным недостатком самоблокировки является его неуместное срабатывание. Дифференциал блокируется даже в тех случаях, когда это совсем нецелесообразно. Примером этому может послужить крутой поворот, где автомобиль может запросто войти в занос. В этом случае выигрывает ручное включение блокировки, когда водитель сам принимает решение, если колеса начинают буксовать.

Однако, у самоблокировки есть и достоинства. Во-первых, это улучшение проходимости автомобиля в любом случае. Во-вторых, конструкция такого дифференциала проста, имеет низкую стоимость, упрощает процесс монтажа и снижает риск его поломки, в результате неопытного обращения. В-третьих, процесс включения и отключения полностью автоматизирован, и не нуждается в осуществлении контроля.

Видео - Дифференциал червячного типа

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

Распределение крутящего момента дифференциалом

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.
Ручная блокировка дифференциала полноприводного автомобиля

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

Кулачковая муфта блокировки дифференциала

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

Самоблокирующиеся дифференциалы автомобилей.


Самоблокирующиеся дифференциалы




Один из главных недостатков конических дифференциалов – ухудшение проходимости автомобиля из-за вероятности пробуксовки ведущих колес, когда левое и правое колеса перемещаются по участкам дорожного покрытия с разными сцепными свойствами. Принудительная жесткая блокировка дифференциала, применяемая в конструкции многих автомобилей, не лишена недостатков, которые подробнее описаны здесь, поэтому в конструкции трансмиссии современных автомобилей, предназначенных для движения по неблагоприятным дорогам, часто используют дифференциалы, автоматически распределяющие крутящий момент между полуосями ведущего моста в зависимости от дорожных условий.
Такие дифференциалы называют самоблокирующимися.

Самоблокирующиеся дифференциалы позволяют частично устранить пробуксовку при разных коэффициентах сцепления колес автомобиля, повышают проходимость автомобиля и его управляемость при движении по плохим дорогам, улучшают динамику разгона автомобиля на дорогах с любым покрытием, не требуют дополнительных усилий от водителя (название «самоблокирующийся» говорит само за себя) и взаимозаменяемы со стандартными дифференциалами.
Полной блокировки колес в таких дифференциалах не наступает, поэтому нагрузки на полуоси не столь критичные, как у дифференциалов с принудительной блокировкой.
Самоблокирующиеся дифференциалы автоматически снимают блокировку полуосей при сбросе газа при прямолинейном движении, когда выравниваются скорости полуосей.
Самоблокирующиеся дифференциалы не лишены и недостатков, среди которых можно отметить основные: ухудшается управляемость автомобиля (особенно если блокировка включена на переднем мосту), увеличиваются нагрузки на узлы и агрегаты трансмиссии (особенно на коробку передач, карданную передачу и полуоси).

Ниже описаны наиболее распространенные типы самоблокирующихся дифференциалов, применяемые в конструкции современных автомобилей.

***

Фрикционный дисковый дифференциал

Фрицкионный (дисковый) самоблокирующийся дифференциал включает пакет фрикционных дисков (фрикционную муфту), установленный между корпусом дифференциала и полуосевой шестерней. При прямолинейном движении автомобиля корпус дифференциала вращается синхронно с обеими полуосями, но как только возникает разница в скоростях вращения корпуса и одной из полуосей, на отстающее колесо подается дополнительный момент благодаря наличию трения в пакете дисков.
Другими словами, когда дифференциал пытается передать одной полуоси чрезмерный крутящий момент (колесо попало на лед и сопротивление кручению очень мало), сила трения между дисками препятствует возникновению большой разницы. Разумеется, если величина момента превысит силу трения в дисках, вращение все равно перераспределится на ось, которая вращается с меньшим сопротивлением.
Недостатком такого дифференциала является усиленный износ дисков и необходимость использовать специальные смазочные материалы, иначе диски быстрее засаливаются и блокировка перестает работать.

***

Вязкостная муфта

Вязкостная муфта (вискомуфта) состоит из набора близко расположенных друг к другу перфорированных дисков, одна половина которых соединяется с помощью выступов с внутренней ступицей муфты, а вторая наружными выступами с корпусом.
Между дисками находится силиконовая (кремнийорганическая) жидкость высокой вязкости. Валы муфты могут свободно вращаться с небольшой разницей в угловых скоростях, но, если разница в скоростях увеличивается, жидкость внутри муфты густеет, начинает действовать как твердое тело и предотвращает чрезмерное проскальзывание дисков. Возникающий блокирующий момент обусловлен свойствами вязкой жидкости. Если в качестве дифференциала использовать такую муфту, она будет перераспределять крутящий момент так, что большая его часть будет поступать на колеса, вращающиеся с меньшей скоростью.

К недостаткам вязкостной муфты следует отнести инертность ее блокировки - муфта срабатывает с запаздыванием. Неизбежный нагрев жидкости в муфте, который происходит при проскальзывании дисков, приводит к изменению ее характеристик. Существенным недостатком таких устройств является их влияние на процесс торможения, поскольку при резком торможении может произойти одновременное блокирование всех колес автомобиля.
При использовании вязкостных муфт в трансмиссиях автомобилей с антиблокировочными тормозными системами приходится применять дополнительные устройства для разблокирования муфт при торможении.

***



Гидророторный самоблокирующийся дифференциал

Гидророторный (героторный) самоблокирующийся дифференциал (Gerodisk или Hydra-lock) - конструктивно и принципиально похож на фрикционный самоблокирующийся дифференциал, только между шестерней полуоси и корпусом дифференциала имеется, помимо фрикциона, масляный насос с поршнем.
При возникновении разницы угловых скоростей полуоси и корпуса, поршень нагнетает масло и сжимает фрикцион, который, в свою очередь, блокирует шестерню полуоси с чашкой дифференциала, перераспределяя крутящий момент на отстающую полуось за счет возникшей силы трения.

***

Зубчатый (шестеренный) самоблокирующийся дифференциал

Такие дифференциалы еще называют червячными или винтовыми. Работа зубчатого самоблокирующиеся дифференциала основана на свойстве червячной пары расклиниваться и блокировать полуоси при определенном соотношении крутящих моментов. Дифференциал блокируется из-за разности крутящих моментов на полуосях.
Винтовой дифференциал Torsen (англ. «TORque SENsing» - чувствующий крутящий момент) представляет собой механический самоблокирующийся дифференциал, в котором используется сложный набор червячных шестерен.

Набор шестерен внутри дифференциала состоит из ведомых (полуосевых) червячных колес и ведущих (сателлитов) червячных шестерен. Основной особенностью такой конструкции является то, что червячные шестерни могут приводить во вращение другие шестерни, но сами не могут приводиться во вращение. Такая особенность приводит к появлению некоторой степени блокирования дифференциала.
При низких значениях входного крутящего момента шестерни дифференциала вращаются свободно и его действие напоминает работу обычного симметричного дифференциала. Когда входной крутящий момент увеличивается, набор червячных шестерен нагружается и в определенный момент два выходных вала блокируются, т. е. как только одно из колес теряет тягу, разница в крутящем моменте колес приводит к заклиниванию шестерен и частичной блокировке дифференциала.

Форма и размер зубчатых колес в этом дифференциале определяет коэффициент передачи крутящего момента. Например, если дифференциал конструкции Torsen сконструирован с передаточным числом 5:1, то он способен дифференцировать крутящий момент между колесами до 5-кратной величины.
Дифференциал конструкции типа Quaife отличается тем, что оси сателлитов параллельны полуосям автомобиля. Сателлиты расположены в специальных нишах чашки дифференциала. При этом парные сателлиты имеют не прямозубое зацепление, а образуют еще одну червячную пару, которая, расклиниваясь, так же участвует в процессе блокировки. Аналогичную конструкцию имеет дифференциал конструкции типа Eaton TrueTrac Differential.

***

Кулачковый самоблокирующийся дифференциал

Кулачковый самоблокирующийся дифференциал, срабатывает при разности угловых скоростей вращения полуосей.
Принцип работы кулачковых блокировок достаточно прост. Вместо классического шестеренчатого планетарного механизма используются кулачковые или зубчатые пары, которые при небольшой разнице в угловых скоростях полуосей имеют возможность взаимно проворачиваться (перескакивать), а при пробуксовке резко заклиниваются и полностью блокируют полуоси друг с другом.

Для этих блокировок характерны шумы и щелчки в редукторе, вызванные перескакивание механизма разблокировки дифференциала. Поэтому такая блокировка раньше в основном применялась применяется только в военной и специальной технике, где нужно большое тяговое усилие и долговечность в ущерб управляемости и комфорту.
В ведущих мостах современных автомобилей повышенной проходимости наиболее распространена конструкция кулачкового дифференциала типа Detroit Soft Locker со специальным демпфирующим устройством на каждой полуоси, частично поглощающим шумы, характерные для работы этой блокировки.
На отдельной странице приведено подробное описание кулачкового дифференциала повышенного трения, применяемого в конструкции автомобиля ГАЗ-66-11.

***

Межосевые дифференциалы


Главная страница


Дистанционное образование

Специальности

Учебные дисциплины

Олимпиады и тесты

Самоблокирующийся дифференциал: как это работает?

Термин «блокировка дифференциала», или «самоблокировка дифференциала» (самоблокировка), слышали многие автомобилисты, но лишь единицы знают, как этот процесс выглядит на практике. И если раньше такой «опцией» автопроизводители оснащали в основном внедорожники, то теперь ее можно встретить на вполне городском автомобиле. К тому же часто владельцы автомобилей, не оборудованных самоблоками, понимая приносимую ими пользу, устанавливают их самостоятельно.

Но прежде чем вы поймете, как работает самоблокирующийся дифференциал, необходимо понять, как он работает без блокировки.

Что такое дифференциал

Дифференциал (диф) по праву можно считать одним из основных элементов трансмиссии автомобиля. С его помощью происходит передача, изменение, а также распределение выходного крутящего момента двигателем между парой потребителей: колесами, расположенными на одной оси машины или между ее мостами. Причем сила потока распределенной энергии при необходимости может быть разной, а значит, и скорость вращения колес разная.

В трансмиссии автомобиля дифференциал может быть установлен: в картере заднего моста, в коробке передач и в раздаточной коробке, в зависимости от приводного устройства (устройств).

Те дифференциалы, которые устанавливаются в мост или коробку передач, называются межколесными, а те, что между осями машины, соответственно - межосевыми.

Назначение дифференциала

Как известно, автомобиль во время движения совершает различные маневры: повороты, перестройки, обгоны и т. Д. Кроме того, поверхность дороги может содержать неровности, а это значит, что колеса автомобиля в зависимости от ситуации , может одновременно пройти другое расстояние.Поэтому, например, при повороте, если скорость вращения колес на оси одинакова, одно из них неизбежно заглохнет, что приведет к ускоренному износу шин. Но это еще не самое страшное. Гораздо хуже то, что автомобиль значительно снижает управляемость.

Вот для решения таких проблем и придумали дифференциал - механизм, который будет перераспределять энергию, поступающую от двигателя, между осями автомобиля в соответствии с величиной сопротивления качению: чем оно меньше, тем больше скорость вращения. колеса, и наоборот.

Дифференциальный механизм

На сегодняшний день существует множество разновидностей дифференциалов, и устройство их довольно сложное. Однако принцип работы в целом тот же, поэтому проще будет разобраться в простейшем типе - открытом дифференциале, который состоит из следующих элементов:

  1. Шестерни закреплены на полуосях.
  2. Ведомая (коронная) шестерня, выполнена в виде усеченного конуса.
  3. Ведущая шестерня закреплена на конце приводного вала, который вместе с венцом образует главную шестерню.Поскольку ведомая шестерня больше по размеру, последней придется сделать несколько оборотов вокруг своей оси, прежде чем заводная головка выполнит только один. Следовательно, именно эти два элемента дифференциала уменьшают количество энергии (скорости), которая в конечном итоге достигает колес.
  4. Сателлиты, образующие планетарный механизм, играют ключевую роль в обеспечении необходимой разницы в скорости вращения колес.
  5. Снаряды.

Как работает дифференциал?

Во время прямолинейного движения полуоси тележки, а следовательно, и колеса, вращаются с той же скоростью, что и ведущий вал с его косозубой шестерней.Но во время вращения ударная нагрузка на колеса становится другой (одно из них пытается быстрее вращаться), и из-за этой разницы сателлиты освобождаются. Теперь энергия двигателя проходит через них, и поскольку пара сателлитов представляет собой две отдельные независимые шестерни, на полуоси передается другая скорость. Таким образом, мощность, вырабатываемая двигателем, распределяется между колесами, но неравномерно и зависит от действующей на них нагрузки: то, что движется по внешнему радиусу, испытывает меньшее сопротивление качению, поэтому diff передает ему больше энергии, вращаясь быстрее.

Различий в том, как работает межосевая дифференциал и межколесная, нет: принцип работы схож, только в первом случае распределенный крутящий момент направлен на оси автомобиля, а во втором - на его расположенные колеса. на одной оси.

Необходимость межосевого дифференциала особенно заметна при движении автомобиля по пересеченной местности, когда его вес давит на ту ось, которая находится ниже другой, например, при подъеме или спуске.

Проблема дифференциала

Несмотря на то, что дифференциал, безусловно, играет большую роль в конструкции автомобиля, его работа иногда создает проблемы для водителя.А именно: когда одно из колес находится на скользком участке дороги (грязь, лед или снег), другое, находящееся на более твердом грунте, начинает испытывать повышенную нагрузку, дифференциал пытается это исправить, перенаправляет двигатель энергия к скользящему колесу. Таким образом, получается, что он получает максимальное вращение, а другой, плотно держась за землю, просто остается неподвижным.

Вот именно для решения этих проблем была придумана блокировка (отключение) дифференциала.

Принцип блокировки и ее типы

Понимая принцип работы дифференциала, вы можете сделать вывод, что если вы заблокируете его, крутящий момент на том колесе или оси, которые имеют лучшее сцепление с дорогой, увеличится.Это можно сделать, если подключить его корпус к одной из двух полуосей или остановить вращение сателлитов.

Блокировка может быть полной - при жестком соединении деталей дифференциалов. Осуществляется, как правило, с помощью кулачковой муфты и управляется водителем через специальный привод из кабины автомобиля. А может быть частичным, в этом случае на колеса передается только ограниченное усилие - так работает самоблокирующийся дифференциал, для которого не требуется участие человека.

Как работает самоблокирующийся дифференциал

Самоблокирующийся дифференциал, по сути, представляет собой компромисс между полным блоком и свободным дифференциалом и уменьшает пробуксовку колес машины в случае разницы в коэффициент сцепления с грунтом между ними. Таким образом, значительно повышается проходимость, управляемость на бездорожье, а также динамика разгона автомобиля независимо от качества дороги.

Самоблокирующееся устройство исключает полную блокировку колес, что защищает полуоси от критических нагрузок, которые могут возникнуть на дифференциалах с принудительным выключением.

Блокировка полуосей автоматически удаляется, если в случае прямолинейного движения скорость вращения колес выравнивается.

Наиболее распространенные типы самоблоков

Дисковые самоблоки представляют собой комплект фрикционных (трущихся) дисков, устанавливаемых между корпусом редуктора дифференциала и полуосевой шестерней.

Понять, как работает дифференциал с таким блоком, просто: пока машина едет по прямой, корпус дифференциала и две полуоси вращаются вместе, как только появляется разница в скорости вращения ( колесо упало на скользкую поверхность) между дисками возникает трение, уменьшающее его.То есть колесо, оставленное на твердой земле, будет продолжать вращаться, а не останавливаться, как в случае со свободным дифференциалом.

Вязкостная муфта, или иначе вязкая муфта, как и предыдущий дифференциал, содержит два набора дисков, только на этот раз перфорированных, установленных между собой с небольшим зазором. Одна часть дисков имеет сцепление с корпусом, другая - с приводным валом.

Диски помещают в емкость, наполненную силиконовой жидкостью, которая при равномерном вращении остается неизменной.Как только появляется разница в скорости между пакетами, жидкость начинает быстро и сильно густеть. Между перфорированными поверхностями есть сопротивление. Таким образом, чрезмерно развернутая упаковка замедляется и скорость вращения выравнивается.

Зубчатый (винтовой, червячный) самоблок. Его работа основана на способности червячной пары заклинивать и таким образом блокировать полуоси, когда они вызывают разницу в крутящем моменте.

Кулачок самоблокирующийся. Чтобы понять, как работает дифференциал этого типа, достаточно представить открытый дифференциал, в котором вместо планетарного механизма находятся пары зубьев (кулачков) шестерен.Кулачки вращаются (подпрыгивают), когда скорости колес почти одинаковы, и жестко блокируются (заклиниваются), как только любой из них начинает проскальзывать.

Отличий в том, как работает блокировка дифференциала и межколесной, нет - принцип действия одинаковый, отличия только в конечных точках: в первом случае - два моста, во втором - два колеса, установленных на одной оси.

Отечественная «Нива» и ее дифференциалы

В линейке отечественных ВАЗ «Нива» занимает особое место: в отличие от своих «родственников» по ​​конвейерной ленте, эта машина оснащена неотключаемым полным приводом.

В трансмиссии внедорожника ВАЗ установлено три дифференциала: межколесный - в каждом мосту, и межосевой - в распределительном. Несмотря на это количество, разбираться в разнице в работе дифференциалов на «Ниве» не приходится. Все точно так же, как описано выше. То есть при прямолинейном движении машины при условии отсутствия скрипа на колесах тяговое усилие между ними распределяется равномерно и имеет одинаковую величину.Когда одно из колес начинает буксовать, вся энергия двигателя, проходя через дифференциал, направляется на это колесо.

Блокировка дифференциалов «Нива»

Прежде чем говорить о том, как работает блокировка дифференциала на «Ниве», следует отметить один момент, а именно уточнить назначение ручки передней (малой) раздаточной коробки.

Некоторые водители считают, что с его помощью включается передний привод - это не так: и передний, и задний привод у Нивы всегда включены, и эта ручка управляет дифференциалом ТРК.То есть пока он установлен в положение «вперед», diff работает в штатном режиме, а при «назад» выключен.

А теперь ab

.

Самоблокирующийся дифференциал: как это работает?

Термин «блокировка дифференциала», или «самоблокировка дифференциала» (самоблокировка), слышали многие автомобилисты, но лишь единицы знают, как этот процесс выглядит на практике. И если раньше такой «опцией» автопроизводители оснащали в основном внедорожники, то теперь ее можно встретить на вполне городском автомобиле. К тому же часто владельцы автомобилей, не оборудованных самоблоками, понимая приносимую ими пользу, устанавливают их самостоятельно.

Но прежде чем вы поймете, как работает самоблокирующийся дифференциал, необходимо понять, как он работает без блокировки.

Что такое дифференциал

Дифференциал (диф) по праву можно считать одним из основных элементов трансмиссии автомобиля. С его помощью происходит передача, изменение, а также распределение выходного крутящего момента двигателем между парой потребителей: колесами, расположенными на одной оси машины или между ее мостами. Причем сила потока распределенной энергии при необходимости может быть разной, а значит, и скорость вращения колес разная.

В трансмиссии автомобиля дифференциал может быть установлен: в картере заднего моста, в коробке передач и в раздаточной коробке, в зависимости от приводного устройства (устройств).

Те дифференциалы, которые устанавливаются в мост или коробку передач, называются межколесными, а те, что между осями машины, соответственно - межосевыми.

Назначение дифференциала

Как известно, автомобиль во время движения совершает различные маневры: повороты, перестройки, обгоны и т. Д. Кроме того, поверхность дороги может содержать неровности, а это значит, что колеса автомобиля в зависимости от ситуации , может одновременно пройти другое расстояние.Поэтому, например, при повороте, если скорость вращения колес на оси одинакова, одно из них неизбежно заглохнет, что приведет к ускоренному износу шин. Но это еще не самое страшное. Гораздо хуже то, что автомобиль значительно снижает управляемость.

Вот для решения таких проблем и придумали дифференциал - механизм, который будет перераспределять энергию, поступающую от двигателя, между осями автомобиля в соответствии с величиной сопротивления качению: чем оно меньше, тем больше скорость вращения. колеса, и наоборот.

Дифференциальный механизм

На сегодняшний день существует множество разновидностей дифференциалов, и устройство их довольно сложное. Однако принцип работы в целом тот же, поэтому проще будет разобраться в простейшем типе - открытом дифференциале, который состоит из следующих элементов:

  1. Шестерни закреплены на полуосях.
  2. Ведомая (коронная) шестерня, выполнена в виде усеченного конуса.
  3. Ведущая шестерня закреплена на конце приводного вала, который вместе с венцом образует главную шестерню.Поскольку ведомая шестерня больше по размеру, последней придется сделать несколько оборотов вокруг своей оси, прежде чем заводная головка выполнит только один. Следовательно, именно эти два элемента дифференциала уменьшают количество энергии (скорости), которая в конечном итоге достигает колес.
  4. Сателлиты, образующие планетарный механизм, играют ключевую роль в обеспечении необходимой разницы в скорости вращения колес.
  5. Снаряды.

Как работает дифференциал?

Во время прямолинейного движения полуоси тележки, а следовательно, и колеса, вращаются с той же скоростью, что и ведущий вал с его косозубой шестерней.Но во время вращения ударная нагрузка на колеса становится другой (одно из них пытается быстрее вращаться), и из-за этой разницы сателлиты освобождаются. Теперь энергия двигателя проходит через них, и поскольку пара сателлитов представляет собой две отдельные независимые шестерни, на полуоси передается другая скорость. Таким образом, мощность, вырабатываемая двигателем, распределяется между колесами, но неравномерно и зависит от действующей на них нагрузки: то, что движется по внешнему радиусу, испытывает меньшее сопротивление качению, поэтому diff передает ему больше энергии, вращаясь быстрее.

Различий в том, как работает межосевая дифференциал и межколесная, нет: принцип работы схож, только в первом случае распределенный крутящий момент направлен на оси автомобиля, а во втором - на его расположенные колеса. на одной оси.

Необходимость межосевого дифференциала особенно заметна при движении автомобиля по пересеченной местности, когда его вес давит на ту ось, которая находится ниже другой, например, при подъеме или спуске.

Проблема дифференциала

Несмотря на то, что дифференциал, безусловно, играет большую роль в конструкции автомобиля, его работа иногда создает проблемы для водителя.А именно: когда одно из колес находится на скользком участке дороги (грязь, лед или снег), другое, находящееся на более твердом грунте, начинает испытывать повышенную нагрузку, дифференциал пытается это исправить, перенаправляет двигатель энергия к скользящему колесу. Таким образом, получается, что он получает максимальное вращение, а другой, плотно держась за землю, просто остается неподвижным.

Вот именно для решения этих проблем была придумана блокировка (отключение) дифференциала.

Принцип блокировки и ее типы

Понимая принцип работы дифференциала, вы можете сделать вывод, что если вы заблокируете его, крутящий момент на том колесе или оси, которые имеют лучшее сцепление с дорогой, увеличится.Это можно сделать, если подключить его корпус к одной из двух полуосей или остановить вращение сателлитов.

Блокировка может быть полной - при жестком соединении деталей дифференциалов. Осуществляется, как правило, с помощью кулачковой муфты и управляется водителем через специальный привод из кабины автомобиля. А может быть частичным, в этом случае на колеса передается только ограниченное усилие - так работает самоблокирующийся дифференциал, для которого не требуется участие человека.

Как работает самоблокирующийся дифференциал

Самоблокирующийся дифференциал, по сути, представляет собой компромисс между полным блоком и свободным дифференциалом и уменьшает пробуксовку колес машины в случае разницы в коэффициент сцепления с грунтом между ними. Таким образом, значительно повышается проходимость, управляемость на бездорожье, а также динамика разгона автомобиля независимо от качества дороги.

Самоблокирующееся устройство исключает полную блокировку колес, что защищает полуоси от критических нагрузок, которые могут возникнуть на дифференциалах с принудительным выключением.

Блокировка полуосей автоматически удаляется, если в случае прямолинейного движения скорость вращения колес выравнивается.

Наиболее распространенные типы самоблоков

Дисковые самоблоки представляют собой комплект фрикционных (трущихся) дисков, устанавливаемых между корпусом редуктора дифференциала и полуосевой шестерней.

Понять, как работает дифференциал с таким блоком, просто: пока машина едет по прямой, корпус дифференциала и две полуоси вращаются вместе, как только появляется разница в скорости вращения ( колесо упало на скользкую поверхность) между дисками возникает трение, уменьшающее его.То есть колесо, оставленное на твердой земле, будет продолжать вращаться, а не останавливаться, как в случае со свободным дифференциалом.

Вязкостная муфта, или иначе вязкая муфта, как и предыдущий дифференциал, содержит два набора дисков, только на этот раз перфорированных, установленных между собой с небольшим зазором. Одна часть дисков имеет сцепление с корпусом, другая - с приводным валом.

Диски помещают в емкость, наполненную силиконовой жидкостью, которая при равномерном вращении остается неизменной.Как только возникает разница в скорости между пакетами, жидкость начинает достигать

.

Самоблокирующийся дифференциал на автомобиле Formula Student

Иван Симионато 1013650 - [email protected] - инженер-механик
Джузеппе Соттана 1012757 - [email protected] - ​​Диплом в области машиностроения

ВВЕДЕНИЕ

Рис.1: MG06 / 11 на мероприятии FSG 2011, Хоккенхаймринг, Германия

Целью этого проекта является моделирование преимуществ и недостатков применения самоблокирующегося дифференциала в системе трансмиссии студенческого автомобиля Формулы Падуи сезона 2011 года MG06 / 11.

Formula Student - это студенческое инженерное соревнование, в котором студенческие команды со всего мира проектируют, строят, тестируют и участвуют в гонках на небольшом гоночном автомобиле в стиле формулы. Автомобили оцениваются отраслевыми специалистами по ряду критериев в различных типологиях событий:

Цепи для динамических мероприятий узкие, извилистые и не такие быстрые, чтобы сохранить безопасность студентов. В этих ситуациях трансмиссия предназначена для оптимизации тяги автомобиля, чтобы как можно быстрее выходить из поворотов, а также для повышения управляемости и управляемости автомобиля, чтобы помочь водителю во время гонки. По этой причине логично использовать самоблокирующийся дифференциал, который быстро реагирует на команды водителя и передает максимальный крутящий момент от двигателя на асфальт.

ЗАДАЧИ

В этом анализе в трансмиссии использовался самоблокирующийся дифференциал с многодисковыми муфтами производства Drexler® Motorsport GmbH, который можно увидеть на рисунке ниже:

Рис.2: Дифференциал повышенного трения Drexler® Formula Student V2 2010

В этом анализе мы хотели сравнить характеристики, которые можно получить от самовидящегося дифференциала, с характеристиками, которые можно получить от обычного дифференциала.

В одном автомобиле использовались два разных решения с идентичной и реальной кинематографической конфигурацией подвески. Чтобы сравнить два разных решения, мы предоставили две разные трассы с двумя другими асфальтовыми покрытиями, чтобы создать разные условия сцепления.

Две дорожки:

Два разных состояния асфальта:

Необходимость Блокировка дифференциала

Конструкция обычных дифференциалов имеет два важных преимущества:

Однако эти два преимущества компенсируются серьезным недостатком. Когда потенциал трения двух ведущих колес различен, движущие силы, передаваемые на поверхность дороги для обоих ведущих колес, зависят от меньшего потенциала трения обоих. В данном случае это сравнение относится к внутренней компенсации колеса в ведущей оси. Это означает, например, что колесо, стоящее

Чтобы преодолеть этот недостаток обычных дифференциальных передач, в критических условиях движения необходимо запретить компенсирующее действие. Это может быть выполнено:

В частности, коммерческие решения включают:

В данном анализе в трансмиссии используется самоблокирующийся дифференциал с многодисковыми муфтами производства Drexler® Motorsport GmbH. Мы видим его в разобранном виде, на котором мы можем видеть шестерни и сцепления.

[1] дифференциал; [2] дифференциальный вал; [3] нажимные кольца; [4] внешние пластины; [5] внутренние пластины; [6] осевые конические шестерни; [7] пластинчатые пружины; [8] выемки.

Рис.3: Блокировка дифференциала с предварительно нагруженными многодисковыми муфтами, Lok-O-Matic. Верхняя полусекция: дифференциал без предварительного натяга.Нижняя полусекция: дифференциал с предварительным натягом (автомобильная трансмиссия - Naunheimer, Bertsche, Ryborz, Novak)

Эффект блокировки самоблокирующегося дифференциала с многодисковой муфтой основан на зависящем от крутящего момента внутреннем трении, создаваемом двумя многодисковыми муфтами, симметрично установленными в кожухе дифференциала. Самоблокирующееся действие является результатом комбинации зависимости нагрузки и нагрузки пружины многодисковых муфт. Эффект блокировки в зависимости от нагрузки (Рис. 3, вверху) зависит от входного крутящего момента T 1, приложенного к клетке дифференциала [ 1 ] , передаваемого через вал дифференциала [ 2 ] на два нажимные кольца [ 3 ] в клетке дифференциала [ 1 ] , которые заблокированы на кручение, но скользят в осевом направлении.Под нагрузкой блокирующие усилия автоматически возникают на поверхностях призматических выемок [ 8 ] в прижимных кольцах (см. Деталь на рис. 3), сжимая диски сцепления вместе. Наружные пластины [ 4 ] скручены с клеткой дифференциала [ 1 ], а внутренние пластины [ 5 ] скручены с коническими шестернями оси [ 6 ].

Таким образом, фрикционный контакт между пластинами противодействует разным скоростям приводного вала (например, при вращении колеса) с точно определенной силой.Этот эффект увеличивается с увеличением входного крутящего момента. Поскольку силы блокировки пропорциональны передаваемому крутящему моменту, эффект блокировки адаптируется к изменяющемуся крутящему моменту двигателя и увеличению крутящего момента на различных передачах, но величина блокировки - нет.

Пластинчатые пружины [ 7 ], которые могут быть установлены для предварительного натяжения многодисковой муфты, создают постоянный начальный эффект блокировки, который не зависит от передаваемого крутящего момента, но иногда издает заметный скрип. Это делает систему способной к блокировке даже на крайне неблагоприятных поверхностях, например, одно колесо на льду.Тем не менее, недостатком является то, что дифференциал этого типа всегда имеет основной момент блокировки. Это может быть нежелательно при парковке и на поворотах без пробуксовки.

В модели, принятой для анализа поведения автомобиля, отсутствует тарельчатая пружина [ 7 ], потому что колея более узкая, извилистая и не такая быстрая. Наличие постоянного эффекта блокировки (который не зависит от передаваемого крутящего момента) придает автомобилю чрезмерную управляемость (отсутствие оптимальных условий).По этой причине пластинчатая пружина была удалена и заменена простой металлической шайбой, которая имеет ту же толщину, что и нагруженная пластинчатая пружина.

Еще один недостаток, который следует иметь в виду, заключается в том, что во время процесса самоблокировки или компенсации геометрия зубьев конических зубчатых колес изменяется отрицательно, потому что фрикционные муфты, которые должны применяться, не должны иметь зазора.

МОДЕЛИРОВАНИЕ

МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИФФЕРЕНЦИАЛА

Фиг.4: Деталировка дифференциала

У нас уже были файлы CAD и массовые характеристики всех деталей дифференциала, предоставленные непосредственно производителем.

Сборка в основном соответствует осевому расположению, поэтому было довольно просто разместить все трения и шестерни вдоль корпуса дифференциала, используя в основном шарнирные соединения с требуемой степенью свободы, отключенной в шарнире. На внешнем трении мы также заблокировали вращение относительно корпуса дифференциала, чтобы обеспечить твердое вращение этих частей, и разблокировать это вращение за счет внутреннего трения, чтобы они могли вращаться свободно.Та же стратегия была использована для соединения вращения боковых конических шестерен с внутренним трением, оставляя свободным осевое движение

Рис.5: С-образная структура, используемая для соединения шестерен

У нас есть 2 боковые конические шестерни и 4 конические шестерни. На модели мы использовали только 1 коническую шестерню, потому что на реальном дифференциале их 4, просто из соображений симметрии и распределения нагрузки, а не из кинематографических соображений, что является предметом этого исследования. Зубчатое соединение работает только с шестернями, которые оси вращения закреплены на той же наземной части.Итак, мы создали «вымышленную» невесомую деталь в форме буквы «C», чтобы соединить три шестерни.

Еще одна проблема заключалась в поведении трения:

Рис.6: фрикционный контактный элемент

Во-первых, мы использовали одну пару трения на каждую сторону, вместо 4 контактных поверхностей на каждую сторону, присутствующих в реальной системе. Что касается шестерен, то целесообразно распределить усилия и обеспечить достаточное соотношение крутящего момента и осевого усилия. Мы могли создать такую ​​же ситуацию, только установив соответствующий коэффициент трения.

Оптимальный коэффициент трения для представления реального дифференциала оказался равным 0,8. Мы провели несколько тестов блокировки, чтобы увидеть максимальный процент блокировки. Очевидно, что в сравнительных тестах с открытым дифференциалом мы установили этот параметр на 0, чтобы избежать блокировки.

Рис.7: контактный элемент рампы / оси

Такой же контакт использовался для контакта между осью солнечной батареи и рампы дифференциала.

На край оси поместили сферу, а на поверхности пандуса создали плоскость.

Мы использовали контакт Герца и установили модуль Юнга (206 ГПа) и коэффициент Пуассона (0,3) стали, как это есть на самом деле. Мы реализовали как ускорение, так и тормозные рампы для обеих сторон дифференциала.

Пластинчатые пружины могут предварительно нагружать многодисковое сцепление и создавать постоянный начальный эффект блокировки, который не зависит от передаваемого крутящего момента. В данной модели дифференциала пластинчатая пружина заменена на простую шайбу с такой же осевой толщиной пластинчатых пружин в нормальном режиме работы в сепараторе дифференциала и с такими же массовыми характеристиками пластинчатой ​​пружины.

МОДЕЛИРОВАНИЕ АВТОМОБИЛЯ

Рис.8: Модель автомобиля

После определения дифференциала мы надеваем его на MG06 / 11, соединяя его с поворотным шарниром, к которому прилагается крутящий момент шестерни. У нас еще был CAD рамы, корпуса и стоек. Затем мы могли бы создать точки, в которых подвешивается подвеска, имея координаты, заданные программой оптимизации «Lotus».

Рис.9: Деталь модели подвески

Затем мы создали простые одномерные элементы для треугольников, рулевых тяг и тяг подвески.Затем мы разместили элементы TSDA там, где расположены настоящая пружина и демпфер. Для пружины мы использовали реальные значения базовой настройки автомобиля спереди и более жесткую подвеску сзади, чтобы подчеркнуть передачу нагрузки по задней оси, чтобы дифференциал работал более заметно.

Муравей
пост
Свободная длина [мм]
200
245
Пружина [Н / м]
40000
100000
Демпфирование [кг / с]
100000
100000

Для шин использовалась простая модель шины с параметрами в диапазоне, рекомендованном в онлайн-справке LMS.Единственный параметр, который мы могли проверить, - это коэффициент трения 1,2, указанный производителем как максимальное значение в оптимальных температурных условиях.

Радиус [мм]
255
Константа демпфирования [кг / с]
3000
Сопротивление качению
0,05
Коэффициент трения
1.-2 рад-1]
10000
Вертикальная жесткость [Н / м]
300000

Геометрия рулевого управления также была реальной (с учетом угла Аккермана) и контролировалась с помощью управляющего входа следящего механизма и управляющего выхода, действующего с силой на рулевую тягу.

Другие части автомобиля (тормозная система, двигатель, выхлопная система, водитель и т. Д.) Не были реализованы, поскольку в этом анализе не было необходимости.

Мы создаем массу, равную весу автомобиля, и размещаем ее там, где находится центр масс автомобиля.

МОДЕЛИРОВАНИЕ И РЕЗУЛЬТАТЫ

ИСПЫТАНИЕ НА ПРЯМОЙ

Во-первых, мы решили провести несколько тестов на прямой, чтобы проверить дифференциальную модель.

Мы создали простой прямой путь и использовали управляющий вход для следящего за траекторией, чтобы поддерживать транспортное средство на дороге, используя следующие параметры для управляющего входа:

Параметр
Значение
Прирост позиции
4
Прирост скорости
400
Расстояние просмотра [мм]
3500

Мы использовали этот элемент управления для создания силы привода на рулевой штанге с выходом управления шарниром.

Испытание заключалось в периоде оценки в 1 секунду, позволяющем автомобилю занять нейтральное положение, и в применении кривой крутящего момента к дифференциалу в течение 6 секунд моделирования.

3 Были проведены разные испытания:

Первое испытание проводилось с шинами с полным сцеплением. Автомобиль разгоняется с максимальной скоростью, не теряя сцепления, шины передают на землю весь крутящий момент, поступающий от дифференциала, в равных частях.

P1 Youtube видео

Второй тест проводился с учетом сцепления только с правыми шинами и таким образом имитировал ситуацию, когда левые шины находятся на льду, чтобы подчеркнуть работу дифференциала.

Коэффициент трения дифференциала был установлен на 0,8, значение, которое мы получили после некоторых испытаний, подтверждающих установленный производителем процент блокировки для нашей конфигурации дифференциала.

Автомобиль изо всех сил пытается двигаться, но даже если левая шина не сцепляется с дорогой, блокировка дифференциала позволяет крутящему моменту достигать шины с захватом, заставляя автомобиль ускоряться.

P2 Youtube видео

Придавая нулевой коэффициент трения дифференциальному трению, мы заставили дифференциал работать как «открытый».

Очевидно, что дифференциал не может передать крутящий момент на землю.Большая часть крутящего момента ускоряет колесо без сцепления, и только очень слабый процент достигает колеса с сцеплением.

Автомобиль преодолевает меньшее расстояние, чем с эффектом автоблокировки, и имеет меньшее ускорение.

P3 Youtube видео

График 1: Импульс, передаваемый полуосями

Кривая крутящего момента (желтая линия) одинакова для трех испытаний.

При «открытом» дифференциале крутящий момент на правое и левое колесо практически одинаков. С самоблокирующимся дифференциалом большая часть крутящего момента поступает на колесо с хорошим сцеплением, что определяет лучшее ускорение.

График 2: Нормальная сила на фрикционных дисках

Нормальная сила на фрикционных дисках зависит только от приложенного крутящего момента, а не от процента блокировки. Фактически, то же самое с «открытой» и самоблокирующейся конфигурациями.

График 3: Скорость вращения задних колес

При полном захвате (P1) колеса вращаются с одинаковой скоростью, потому что они получают одинаковый крутящий момент.

В P2 левое колесо (без сцепления) вращается, а правое (с хорошим сцеплением) ускоряет машину.

В P3 левое колесо вращается намного более равномерно, забирая крутящий момент с правого колеса, что на самом деле медленнее, чем в P2, и, таким образом, ухудшает ускорение автомобиля.

График 4: Реальное проскальзывание колес

Пробуксовка определяется как разница между скоростью ведущего и заднего колеса, деленная на скорость ведущего колеса.Это соотношение указывает на числовое значение скорости дифференциала и задних колес. При полном сцеплении (P1) проскальзывание отсутствует, при плохом сцеплении на левых шинах наблюдается проскальзывание, уменьшающееся при блокировке (P2) и постоянное при «открытом» дифференциале (P3).

График 5: Расстояние, пройденное автомобилем

Анализируя P2 и P3, можно увидеть, как с самоблокирующимся дифференциалом автомобиль проезжает большее расстояние из-за лучшего ускорения.

Конечно, в P1 (с большим сцеплением) машина проезжает еще большее расстояние.

График 6: Скорость автомобиля

С самоблокирующимся дифференциалом автомобиль развивает более высокие скорости за то же время (6 с), что и моделирование

ИСПЫТАНИЕ ПО КРИВОЙ С ПОСТОЯННЫМ РАДИУСОМ

Во второй раз мы решили провести несколько тестов на трассе с кривой, состоящей из 3-х прямых.5 м, кривая с постоянным радиусом 10 м и углом 90 ° и, наконец, прямая 5 м.

На этот раз мы использовали следующие параметры для управляющего входа:

Параметр
Значение
Прирост позиции
20
Прирост скорости
400
Расстояние просмотра [мм]
3500

«Управляющий вход следящего за траекторией» генерирует усилие привода на рулевой штанге с выходом совместного управления, который дает автомобилю возможность следовать по средней линии траектории.

Как и в случае с прямой, испытание заключалось в периоде оценки в 1 секунду, чтобы позволить транспортному средству занять нейтральное положение. Тест закончился на 5,7 с.

Мы применили кривую крутящего момента к корпусу дифференциала с максимальным значением 420 Нм.

Первое испытание проводилось с шинами при полном сцеплении с дорогой и, как видно из прямого испытания, коэффициент трения дифференциала трения был установлен на 0,8.Автомобиль разгоняется с максимальной скоростью, не теряя осевой линии пути, но шины не могут передать на землю весь крутящий момент, поступающий от дифференциала, в равных частях. На графике крутящего момента можно увидеть, что максимальное соотношение крутящего момента между внутренними и внешними задними колесами составляет около 60%. Это подтверждает реальное значение передаточного числа крутящего момента, указанное производителем дифференциала, как и ожидалось.

P4 Youtube видео

График 7: Кривая крутящего момента и количества движения, передаваемых полуосями

Кривая крутящего момента (синяя линия) одинакова для двух тестов.

В P5 крутящий момент, действующий на два полуоси, получается идентичным из-за «открытого» дифференциала. Однако в P4 крутящий момент получается другим из-за самоблокирующегося дифференциала. Как видно на прямом тесте, большая часть крутящего момента приходится на колесо с хорошим сцеплением. Можно увидеть, что максимальное соотношение крутящего момента между внутренними и внешними задними колесами составляет около 60% от максимума, как и ожидалось.

График 8: Нормальное усилие на фрикционные пластины

График показывает наличие высокого градиента силы, когда крутящий момент быстро увеличивается и когда крутящий момент медленно уменьшается (из-за угла в 50 ° на рампе при замедлении).Как и на прямой, графики сначала идентичны, а затем различаются из-за разного поведения машины на выходе из поворота.

График 9: Скорость вращения задних колес

В P5 угловая скорость заднего левого колеса (внутреннего колеса) очень высока из-за потери сцепления и большого крутящего момента, поступающего от дифференциала. В P4 угловая скорость задних колес более схожа из-за эффекта блокировки.

График 10: Реальное проскальзывание колес

Пробуксовка определяется как разница между скоростью ведущего и заднего колеса, деленная на скорость ведущего колеса. Это соотношение указывает на числовое значение скорости дифференциала и задних колес.

Большие пробуксовки достигаются при «открытой» конфигурации дифференциала (P5).

График 11: Импульс рыскания

Непосредственным следствием блокировки дифференциала является увеличение момента рыскания из-за разницы продольных сил задних колес.

Автомобиль имеет избыточную поворачиваемость, требующую от водителя больших навыков вождения, но определяющую лучшие характеристики.

График 12: Плечо эквивалентной силы тяги

Плечо эквивалентной силы тяги получается при уменьшении импульса рыскания на сумму сил тяги на задних колесах. Положительно, если сила находится справа от центра тяжести автомобиля, так что импульс дает положительный результат.

Чем больше рука, тем больше инерция рыскания.

График 13: Расстояние, пройденное автомобилем

С самоблокирующимся дифференциалом максимальное пройденное расстояние составляет 20,3 м, а с «открытым» дифференциалом - всего 19,5 м за то же время моделирования.

График 14: Скорость автомобиля

Скорость автомобиля точно такая же во время прямого и углового въезда, но при подаче мощности на вершине поворота самоблокирующийся дифференциал обеспечивает лучшее сцепление и позволяет лучше ускоряться на выходе из поворота.

Скорость в и симуляции составляет 10,6 м / с с блокировкой и только 9,6 м / с с «открытым» дифференциалом »

Преимущества самоблокирующегося дифференциала с точки зрения максимальной скорости и максимального пройденного расстояния идут в ущерб устойчивости и управляемости автомобиля, что приводит к избыточной поворачиваемости (вместо недостаточной поворачиваемости) с большим усилием и концентрацией, требующимися от водитель.

ВЫВОДЫ

Испытания на прямой позволили проверить поведение модели дифференциала LMS, в частности, максимально достижимый процент блокировки. После установки правильного коэффициента трения для фрикционных дисков мы увидели, что для разных крутящих моментов двигателя процент блокировки всегда составлял около 60%, как предписано производителем для рампы, которую мы использовали в моделировании (наклон 40 °).

Испытание с левыми шинами без сцепления (как на льду) показало различное поведение между открытым дифференциалом, когда автомобиль изо всех сил пытается двигаться вперед и передает большую часть крутящего момента на колесо с плохим сцеплением, и самоблокирующимся дифференциалом с автомобилем. меньше трудностей при движении, потому что 60% крутящего момента передается на колесо с хорошим сцеплением.

Второй тест с автомобилем в реальных условиях гонки (угол 90 ° при полном ускорении) показал потенциал дифференциала на гоночной трассе.

Выполнение поворота с той же кривой крутящего момента, исходящей от двигателя, дало лучшие результаты с самоблокирующимся дифференциалом. Автомобиль преодолел большее расстояние за то же время (20,4 м против 19,6 м), а также вышел из поворота с большей скоростью (38,22 км / ч против 34,74 км / ч).

Преимущества подчеркнуты выбранными нами параметрами (радиус поворота, кривая крутящего момента двигателя, сцепление с дорогой), но даже если это преимущество может быть меньше, мы должны учитывать, что на круге, сделанном примерно из 10-15 поворотов, преимущество будет последовательным и наверняка может иметь значение.

Очевидно, что дифференциал должен быть правильно настроен с правильной рампой дифференциала (в том числе по отношению к трассе), чтобы избежать проблем с управляемостью или плохой маневренности в очень крутых поворотах. Плохая настройка может привести к худшим характеристикам по сравнению с открытым дифференциалом, но это не было нашей целью.

В этой работе мы подтвердили правильность функционирования реализованной нами дифференциальной модели, а затем мы привели несколько примеров рабочих условий, в которых она продемонстрировала свою работу, как ожидалось, а также лучшую, чем обычный открытый дифференциал, при правильной настройке.

.

Как работает шкафчик? Объяснение блокировки дифференциала:

Блокируемый дифференциал или блокиратор - это разновидность стандартного автомобильного дифференциала. Блокируемый дифференциал обеспечивает повышенное тяговое усилие по сравнению со стандартным или «открытым» дифференциалом, не позволяя при определенных условиях различать скорость вращения двух колес на одной оси.

Блокирующий дифференциал разработан для преодоления главного ограничения стандартного открытого дифференциала, по существу «блокируя» оба колеса на оси вместе, как если бы они были на общем валу, при этом позволяя им вращаться с разными скоростями, когда это необходимо ( например, при согласовании поворота).Это заставляет оба колеса вращаться синхронно, независимо от силы тяги (или ее отсутствия), доступной каждому колесу по отдельности. Открытый дифференциал прекратит передачу крутящего момента на одно колесо, если противоположное колесо имеет слабое сцепление или его отсутствие. Это может произойти, если одно колесо соприкоснется с грязью, снегом или льдом, или если колесо каким-то образом оторвано от дороги после столкновения с препятствием или участком мягкой земли. В такой ситуации открытый дифференциал будет продолжать вращать колесо с наименьшим тяговым усилием, но будет передавать небольшую мощность или совсем не передавать ее колесу с более прочным сцеплением.По сути, он будет передавать на оба колеса ровно столько крутящего момента, сколько может выдержать колесо с наименьшим сцеплением. Это может привести к тому, что транспортное средство не сможет передать достаточный крутящий момент на ведущие колеса, чтобы автомобиль двигался вперед, и в этот момент он застрянет. Блокируемый дифференциал решает эту проблему благодаря своей способности передавать 100% доступного крутящего момента на колесо с наибольшим тяговым усилием.

Есть два основных типа шкафчиков:

автоматический и выбираемый.

Автоматические шкафчики запираются и открываются автоматически без прямого участия водителя. Некоторые конструкции дифференциала с автоматической блокировкой гарантируют, что мощность двигателя всегда передается на оба колеса, независимо от условий тяги, и «разблокируется» только тогда, когда одно колесо должно вращаться быстрее, чем другое во время поворота. Они никогда не позволят ни одному колесу вращаться медленнее, чем балка дифференциала или ось в целом. Самым распространенным примером этого типа может быть знаменитый «Детройтский шкафчик», также известный как «Детройтский блокнот», хотя есть и многие другие.Другие автоматические шкафчики работают как «открытый» или разблокированный дифференциал до тех пор, пока не встретится пробуксовка колес, а затем они заблокируются. В этом стиле обычно используется какой-либо тип внутреннего регулятора, чтобы определять разницу в скоростях колес или они реагируют на крутящий момент от приводного вала. Примером этого может быть «Gov-Lok» от GM. Это тип, наиболее часто встречающийся на заводе-изготовителе автомобилей, оборудованных блокируемым дифференциалом.

.

Объяснение блокировки дифференциала

А Блокировка дифференциала разработана для преодоления главного ограничения стандартный открытый дифференциал путем "блокировки" обоих колес на ось вместе, как если бы на общем валу, при этом позволяя им вращаются с разной скоростью, когда это необходимо (например, при ведении переговоров оборот). Это заставляет оба колеса вращаться в унисон, независимо от тяга (или ее отсутствие) доступна каждому колесу индивидуально.An открытый дифференциал прекратит передачу крутящего момента на одно колесо, если у противоположного колеса есть слабое сцепление или его нет. Это может произойти, если колесо контактирует с грязью, снегом или льдом, или если колесо каким-то образом удалены от контакта с дорогой после столкновения с препятствие или участок мягкого грунта. В такой ситуации открытая дифференциал продолжит вращать колесо с наименьшим количеством тяги, но будет передавать небольшую мощность или не передавать ее на колесо, у которого больше солидная тяга.По сути, он передает ровно столько же крутящего момента на оба колеса как колесо с наименьшим тяговым усилием. Этот может привести к тому, что автомобиль не сможет передать достаточный крутящий момент на привод колеса, чтобы транспортное средство двигалось вперед, после чего оно будет застрял. Блокируемый дифференциал решает эту проблему благодаря способности передача 100% доступного крутящего момента колесу с максимальным сцеплением.

Типы блокировок дифференциалов

Есть два основных типа шкафчиков: автоматические и выбираемые.

Автоматические шкафчики

Автоматический шкафчики блокируются и разблокируются автоматически без прямого ввода с Водитель. Некоторые конструкции дифференциала с автоматической блокировкой гарантируют, что двигатель мощность всегда передается на оба колеса, независимо от тяги условиях, и "разблокируется" только тогда, когда для вращения требуется одно колесо быстрее других на поворотах.Они никогда не позволят колесо вращается медленнее, чем балка дифференциала или ось в целом. Самым распространенным примером этого типа может быть знаменитый «Детройтский Locker », также известный как« Detroit No-Spin », хотя есть много другие. Другие автоматические шкафчики работают как «открытые» или разблокированные. дифференциал до пробуксовки колес, а затем они блокируются. Этот стиль обычно использует какой-то тип внутреннего регулятора, чтобы почувствовать разница в скорости вращения колес, или они реагируют на крутящий момент от карданный вал.Примером этого может быть "Gov-Lok" GM. Это тип чаще всего встречается на автомобилях завода, оборудованных замком дифференциал.

Модель в разрезе Детройт Локер. Настоящий ручной Детройтский шкафчик, демонстрирующий как работает Детройтский шкафчик.



Шкафчики на выбор

«Выбираемый» шкафчик позволяет водителю запирать и разблокировать дифференциал по желанию с места водителя.Это может быть осуществляется с помощью сжатого воздуха (пневматика), как ARB «Air Locker», электронные соленоиды (электромагнетики), такие как Eaton "ELocker" или некоторые тип механизма с тросовым приводом, который используется на «Ox Locker». Этот позволяет дифференциалу работать как «открытый» дифференциал для улучшенная управляемость, маневренность и уменьшенный износ шин, а также возможность полной блокировки для максимального сцепления, когда желательно или необходимо.Это действительно лучшее из обоих миров, но выбираемые шкафчики сложнее и, следовательно, дороже, чем их автоматические аналоги. Некоторые люди также считают, что это добавило сложность снижает их общую прочность и долговечность и требует повышенное обслуживание в долгосрочной перспективе.

Недостатки

Блокировка дифференциалов действительно имеет некоторые недостатки.Потому что они не работают так же плавно, как и стандартные дифференциалы, часто они несут ответственность для повышенного износа шин. Некоторые дифференциалы блокировки известны тем, что делают щелчок или стук при запирании и отпирании автомобиля согласовывает повороты. Это раздражает многих водителей. Кроме того, некоторые блокировки дифференциалы могут повлиять на способность транспортного средства управлять в некоторых ситуации, особенно когда рундук находится в передней оси.Oни также способны подвергать полуоси более высоким крутящим нагрузкам чем было бы возможно с открытым дифференциалом, потому что они позволяют 100% имеющегося крутящего момента, передаваемого одним осевым валом, в отличие от делится между двумя. В экстремальных условиях это может вызвать выход из строя полуоси.

За исключением дополнительной нагрузки на полуоси, эти недостатки в первую очередь применяются к автоматическим шкафчикам и могут быть в некоторой степени смягчены правильное обслуживание и настройка.Износ шин можно свести к минимуму, если шины должного размера и накачаны. Проблемы с рулевым управлением могут быть в основном устраняется выбором современных шкафчиков, которые лучше спроектированы чем более ранние версии, которые были известны трудностями в управлении. Привычки вождения, вес автомобиля и размер шин также могут влиять на поведение шкафчика.

Дифференциалы повышенного трения считаются компромиссом между стандартными дифференциал и блокировка дифференциала, потому что они работают больше плавно, и они действительно направляют некоторое количество крутящего момента на колесо с помощью тяги самые, но на 100% блокировку не способны.

Приложения для блокировки Дифференциалы

Полноприводные автомобили, которые ездят по бездорожью, часто используют блокировка дифференциалов для предотвращения заклинивания при движении по незакрепленной дороге, грязная или каменистая местность. Блокировка дифференциалов считается необходимой оборудование для серьезной езды по бездорожью.

Гоночные автомобили часто используют блокировку дифференциалов, чтобы сохранять сцепление с дорогой при маневрах на высокой скорости или при ускорении на экстремальные ставки.

Некоторые грузовые автомобили, такие как эвакуаторы, вилочные погрузчики, тракторы и тяжелая техника используют блокировку дифференциалов для поддержания сцепление с дорогой, особенно при движении по мягкой, грязной или неровной поверхности. Шкафчики распространены в сельскохозяйственной технике и военных грузовиках.


Другие источники информации о блокировке дифференциала:

Дифференциальные различия - типы Дифференциалы

Детройтский шкафчик - Автоматические шкафчики

ARB Air Шкафчик - О шкафчиках ARB Air

Как ARB Air Locker работает

Ox Locker - О шкафчиках OX

Как работает OX Locker

Установка ARB Air Locker

ARB Электрические схемы компрессора шкафчика

Замок-правый шкафчик

Детройт Шкафчик EZ

Шкафчики для ланчбокса - что такое шкафчик для ланчбокса?

Что такое шкафчики Lincoln Locker и Fozzy Lockers?

.

Как работают дифференциалы | HowStuffWorks

Если вы читали "Как работают автомобильные двигатели", вы понимаете, как генерируется энергия в автомобиле; и если вы прочитали «Как работают механические трансмиссии», вы поймете, в чем будет заключаться сила. В этой статье мы расскажем о дифференциалах - где мощность в большинстве автомобилей делает последнюю остановку перед вращением колес.

Дифференциал имеет три рабочих места:

Объявление

Из этой статьи вы узнаете, зачем вашему автомобилю нужен дифференциал, как он работает и каковы его недостатки. Мы также рассмотрим несколько типов позиционирования, также известных как дифференциалы повышенного трения .

Зачем нужен дифференциал

Колеса автомобиля пробуксовывают с разной скоростью, особенно при поворотах. Из анимации видно, что каждое колесо проходит разное расстояние во время поворота, и что внутренние колеса проходят меньшее расстояние, чем внешние колеса.Поскольку скорость равна пройденному расстоянию, разделенному на время, необходимое для прохождения этого расстояния, колеса, которые проходят меньшее расстояние, движутся с меньшей скоростью. Также обратите внимание, что передние колеса перемещаются на другое расстояние, чем задние.

Этот контент несовместим с этим устройством.

Для неуправляемых колес на вашем автомобиле - передние колеса на заднеприводном автомобиле, задние колеса на переднеприводном автомобиле - это не проблема.Между ними нет связи, поэтому они вращаются независимо. Но ведущие колеса связаны друг с другом, так что один двигатель и трансмиссия могут вращать оба колеса. Если бы у вашего автомобиля не было дифференциала, колеса пришлось бы заблокировать вместе, чтобы заставить их вращаться с одинаковой скоростью. Это затруднит поворот вашей машины: чтобы машина могла повернуть, одна шина должна выскользнуть. С современными шинами и бетонными дорогами требуется большое усилие для проскальзывания шины. Эта сила должна передаваться через ось от одного колеса к другому, создавая сильную нагрузку на компоненты оси.

.

Смотрите также