Виды блокировок дифференциала

Опубликовано: 22 Июн 2021Рубрика: КППАвтор: editor

Устройство и принцип работы

С технической точки зрения дифференциал устроен достаточно просто, но при этом он способен выдерживать огромные нагрузки. Что внутри этого узла и как он работает?

Устройство типового дифференциала

По своему типу это планетарный редуктор со всеми необходимыми элементами.

Шестерня главной передачи – подает вращение от КПП на дифференциал.
Ведомая шестерня связана и с главной передачей, и с шестернями-сателлитами.
Сателлиты – закреплены в «чашке» ведомой шестерни, так что вращаются вместе с ней.
Шестерни полуосей – соединены с сателлитами и не контактируют с остальными элементами дифференциала.

Детально показано на видео-ролике, ниже.

От КПП выходит вал главной передачи, от которого вращение передается на ведомую шестерню.
Ведомая шестерня и скрепленная с ней «чашка» (водило) принимают крутящий момент.
Вращаясь, ведомая шестерня и чашка приводят в движение шестерни-сателлиты.
Сателлиты, в свою очередь, передают вращение на полуоси.
При равной нагрузке на полуоси (когда автомобиль движется по прямой дороге с равномерным покрытием) сателлиты не вращаются. Работает только ведомая шестерня, в чашке которой закреплены сателлиты, и они описывают обороты вместе с ней, при этом не совершая вращения вокруг своей оси. Таким образом, момент вращения распределяется на полуоси поровну, 50:50.
Когда автомобиль поворачивает и одно из колес должно замедлить, а второе – ускорить движение, сателлиты приходят в движение. За счет конической зубчатой передачи они, вращаясь, замедляют одну полуось и ускоряют вторую. Другими словами, перераспределяют момент вращения в нужной пропорции, вплоть до 0:100 без потери усилия.
При пробуксовке одного колеса включается механизм блокировки, без которого на то колесо, которое вращается быстрее, ушел бы весь момент вращения. Без блокировки автомобиль останавливается при попадании хотя бы одного колеса на скользкую поверхность.

При прямолинейном движении

Когда автомобиль движется прямолинейно по гладкой поверхности с твёрдым сухим покрытием, обе полуоси вращаются с одинаковой угловой скоростью. Полуосевые шестерни находятся в покое одна относительно другой, весь дифференциал сильно похож на монолитную конструкцию.

Сателлиты, будучи связанными через свои зубья с обеими полуосевыми шестернями, относительно своих осей не вращаются. Момент распределяется поровну между осями, если дифференциал симметричный и свободный, то есть лишён блокировок. Впрочем, с блокировками в таком идеальном случае будет то же самое.

При повороте

В повороте, а это обычный режим работы дифференциала, поскольку идеальных прямых в природе не существует, одно из колёс всегда будет вращаться быстрее. Сателлиты придут в движение относительно своих осей, но связь между полуосевыми шестернями и корпусом не утратят. То есть момент продолжит передаваться от корпуса к колёсам, причём всё в том же соотношении 50/50.

Это очень любопытно рассмотреть с точки зрения мощности. Момент одинаков, а скорость у внешнего от поворота колеса больше, то есть и мощность на него передаётся пропорционально большая.

И это неудивительно, так как чем больше скорость, тем выше потери, которые компенсируются добавкой мощности. При этом ни малейших помех вращению колёс с разной скоростью создаваться не будет, в отличие от жёсткой связи.

При пробуксовке

Гораздо менее приятно дела обстоят в том случае, когда одно из колёс попало на относительно скользкий участок дороги и сорвалось в пробуксовку при разгоне. Сцепления с дорогой нет, а значит момент сопротивления покрытия резко падает. Но этот момент всегда равен тяговому, это закон физики. Значит и тяговый момент упадёт.

Свободный симметричный дифференциал делит тягу пополам между колёсами. Всегда 50/50. То есть при падении момента на одном до нуля, на втором он обнулится автоматически. Автомобиль начнёт терять скорость, а если речь идёт о трогании с места на льду или жидкой грязи, то он просто там и останется, не сумев выехать из засады.

В этом главный недостаток свободного дифференциала. Он может передать усилие только то, которое способно переварить колесо, находящееся в худших условиях. Даже если второе будет на сухом чистом асфальте, автомобиль никуда не поедет. Вся энергия уйдет на быстрое и бесполезное вращение буксующего колеса.

Виды блокировок дифференциала

Есть несколько видов блокировки:

Полная. Напрямую подсоединить корпус к полуоси, которая получает основную нагрузку и жестко его закрепить. Т.е. передать крутящий момент, как он есть, на колеса.
Частичная. Ограничить в планетарном механизме вращение сателлитов. При этом заблокировать дифференциал получиться частично, а значит и крутящий момент перераспределить также частично, но большую его часть перенаправить на колесо со сцеплением.

По способу включения бывают:

ручной блокировки;
автоматической (самоблокирующей).

Привод ручной блокировки может быть:

механический;
электрический;
гидравлический;
пневматический.

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?

Разновидности автомобильных дифференциалов

Помимо конического, цилиндрического и червячного, существуют и успешно используются следующие разновидности дифференциалов: дифференциал с полной блокировкой, дифференциал Торсен, дифференциал Квайф, вискомуфта.

Дифференциал с полной блокировкой

Дифференциалы этого типа чаще всего используются на грузовиках и внедорожниках. Их блокировка включается и отключается непосредственно из салона с помощью специальной клавиши водителем. Они используются для повышения проходимости автомобилей.

Межосевой дифференциал с блокировкой типа Torsen

Конструкция рабочего привода данной системы состоит из следующих единиц:

корпус;
правая полуосевая шестерня;
левая полуосевая шестерня;
сателлиты правой и левой полуосевых шестерен;
выходные валы.

Стоит отметить, что дифференциал Torsen имеет наиболее совершенную конструкцию.

Принцип работы:

Межосевой блокируемый дифференциал Torsen состоит из ведомых и ведущих червячных колес, иначе называемых полуосевыми и саттелитами. В такой системе блокировка случается вследствие особенностей функционирования шестерен данного типа. В нормальном состоянии им задается определенное передаточное число. Если колеса имеют хорошее сцепление с поверхностью и движутся плавно, работа дифференциала происходит точно так же, как и у симметричного. Но как только происходит резкое увеличение момента, саттелит пытается начать движение в обратную сторону. Полуосевая червячная шестерня перегружается, и происходит блокировка выходных валов. При этом лишний крутящий момент двигателя переходит на другую ось. Максимальная степень перераспределения момента для дифференциалов Torsen – 75 на 25.

Наиболее известной разновидностью данной системы является Torsen Audi Quattro. Это один из самых популярных механизмов в конструкциях современных полноприводных автомобилей. Его неоспоримыми преимуществами являются широкий спектр переброса вращающего момента, мгновенная скорость срабатывания и отсутствие негативного влияния на тормозную систему. А вот к недостаткам можно отнести сложность конструкции со всеми сопутствующими последствиями.

Преимущества дифференциалов этой конструкции

Преимуществ у данной конструкции достаточно много. Данный механизм устанавливают за то, что точность его работы чрезвычайно высокая, при этом работает устройство очень плавно и тихо. Мощность распределяется между колесами и мостами автоматически – какое-либо вмешательство водителя не нужно. Перераспределение момента никак не влияет на торможение. Если дифференциал эксплуатируется корректно, то обслуживать его не нужно – от водителя требуется только проверять и периодически менять масло.

Именно поэтому многие водители ставят дифференциал “Торсен” на “Ниву”. Там также применена система постоянного полного привода и никакой электроники, поэтому нередко любители экстрима меняют штатный дифференциал на данный узел.

Недостатки

Есть и минусы. Это высокая цена, ведь внутри конструкция устроена достаточно сложно. Так как дифференциал работает на принципе терния, из-за этого повышается расход топлива. При всех преимуществах КПД довольно низкий, если сравнивать с похожими системами другого типа. Механизм имеет высокую предрасположенность к заклиниванию, а износ внутренних элементов довольно интенсивный. Для смазки нужны специальные продукты, так как при работе узла выделяется много тепла. Если на одной оси установлены разные колеса, то детали изнашиваются еще более интенсивно.

Дифференциалы Квайф

Отличительной особенностью дифференциалов этого типа является то, что сателлиты в них располагаются параллельно оси вращения корпуса (чаши), причем в два ряда. Кроме того, при функционировании этих агрегатов образуются силы трения, которые при необходимости автоматически осуществляют блокировку, повышают проходимость и силу тяги автомобиля. Чаще всего дифференциалы Квайф используются для тюнинга легковых автомобилей и внедорожников.

Вискомуфта

Функционирование этот типа дифференциала основано на том же принципе, что и работа гидротрансформатора. Чаще всего вискомуфты используются в автомобилях с полным приводом и используются для того, чтобы обеспечивать связь передних колес с задними по следующему принципу: если одни из них проскальзывают, то крутящий момент транслируется на другие, за счет чего и решается проблема пробуксовки. Конструктивно вискомуфта представляет собой цилиндр, в которой находится погруженный в вязкую жидкость пакет металлических дисков, имеющих перфорацию, и соединенных с валами (как ведущим, так и ведомым). В зависимости от температуры вязкость жидкости меняется, на чем и основывается принцип работы этого агрегата.

Особенности устройства «самоблоков»

Решение вышеуказанной проблемы привело к появлению на свет различных видов самоблокирующихся механизмов. По своей конструкции — это автоматические и ручные.

Ручной тип блокировки подразумевает принудительную блокировку на УАЗ дифференциала водителем.

Каждый вид имеет свои достоинства и недостатки.

Ручной самоблок на автомобиле УАЗ управляется водителем. Включать и выключать его приходится самостоятельно. Это ведёт к отвлечению от контроля за автомобилем при движении. Более того, используемый в этом процессе тросик продолжает являться достаточно слабым звеном.

Автоматические не требуют внимания со стороны водителя, блокировать дифференциал они будут самостоятельно. Однако устройства отличаются дороговизной.

Но в большинстве случаев владельцы UAZ принимают решение о замене стандартного самоблокирующегося дифференциала на автоматические агрегаты.

Необходимо отметить, что автоматические самоблокирующиеся дифференциалы, несмотря определённые недостатки, являются самыми популярными устройствами, которые устанавливают в мосты внедорожника. Их конструкция позволяет монтировать их в любой мост. Однако будет наибольшая эффективность при установке «самоблока» в мост задний.

Установить устройство можно в домашних условиях, в гараже. Плюс такого решения — экономия средств. Но стоит помнить, что процесс этот сложный, трудоёмкий. Сборка требует повышенного внимания, чёткого соблюдения положений инструкций. Необходима тщательная регулировка зазоров (используется специальная шайба). Регулировочный процесс достаточно подробно описывается в прилагаемых инструкциях, а так же в информации по монтажу конкретного устройства, которая доступна на полях Internet. Минус самостоятельной установки — наличие не малой вероятности нарушить нормальную работу ведущего моста.

Плюс монтажа самоблокирующих устройств специальными организациями (проводящих разбор и сбор мостов в специальных технологических условиях) очевиден. Зачем тратить на монтаж немало своего времени, когда можно поручить его специалистам. Более того, эти структуры обязаны давать гарантии и обеспечивать техническое сопровождение своих работ.

Устройство

Данный механизм устроен из привычных элементов – устройство аналогично любому планетарному узлу. Можно выделить основные детали – это корпус, червячные шестерни, сателлиты.

Что касается общей концепции, то здесь не очень много отличий, если сравнивать с обыкновенными механизмами. Корпус жестко крепится на ведущем узле трансмиссии. Внутри корпуса установлены сателлиты. Они закреплены на специальных осях. Сателлиты находятся в жестком зацеплении с шестернями полуосей. Шестеренки полуосей закреплены на валы, на которые и передается крутящий момент.

А теперь что касается непосредственно механизма “Торсен”. В данном узле шестерня полуосей имеет винтовые зубья. Это не что иное, как традиционный червячный вал.

Сателлиты представляют собой пару косозубых шестерен. Один элемент этой пары формирует с шестерней полуоси червячную пару. Пара шестеренок-сателлитов может взаимодействовать и между собой за счет прямозубого зацепления. В конструкции имеется целых три сателлита, каждый из которых представляет пару шестерен.

Смотреть галерею

Дифференциал самоблокирующий

Автономный самоблокирующий дифференциал — это самостоятельной агрегат, не требующих каких-либо внешних управляющих систем. Устройство предназначено исключительно для колёсного транспорта, техника гусеничная его не использует.

Принято «самоблоки» делить на 2 группы:

Дифференциалы, работающие от крутящего момента.
Дифференциалы, начинающие работать при наличии разницы угловых скоростей от ведомых шестерён.

К 1-й группе относятся устройства с червячной, винтовой, дисковой блокировкой.

2-я группа представлена механизмами с центробежного автомата включения, имеющим вискомуфту, героторный гидравлический насос, обгонными муфтами.

Самоблоки на УАЗ Красикова и т.н. кулачковые дифференциалы принято относить к промежуточным видам.

Что такое преднатяг дифференциала

Дифференциал автомобиля занимается распределением крутящего момента с ведущего вала на правое и левое полуоси. Состоит дифференциал из 4-х конических шестеренок. По габаритам не большой. Если колеса крутятся с одинаковой нагрузкой, то дифференциал распределяет силу вращения пополам (50:50).

Если одно колесо наехало, например, на лед, то дифференциал на одно колесо дает большую вращательную силу, а на другую — меньшую. То колесо, которое на льду, получает повышенную угловую скорость и станет ведущим, а то колесо, которое крутится по асфальту — перестанет получать вращательную скорость и станет ведомым. Из-за этого, то, что момент вращения передается только на одно колесо, причем на то, которое находится (в данном случае) на льду, управление и проходимость автомобилем сильно ухудшается. Но, для сохранения управляемости и проходимости, ведущим колесо должно было стать то колесо, которое на асфальте. Чтобы избежать такого ненужного эффекта, было изобретено устройство — автоматический дифференциал повышенного трения.

Самоблокирующиеся дифференциалы

Механизм повышенного трения — это многодисковый дифференциал, вискомуфта, самоблокирующийся дифференциал «Квайф» и «Торсен» осуществляет частичную блокировку автоматически, без переключения рукоятки водителем.

Отличие автоматического дифференциала от симметричного в том, что автоматический самоблокирующийся имеет пружинный пакет фрикционных дисков.

Состоит автодифференциал из:

ведомые червячные (полуосевые) шестерни;
ведущие червячные (саттелиты) шестерни.

Оси сателлиты и полуосей параллельны друг другу. Если одно колесо, допустим правое, начинает вращаться медленнее, чем колесо напротив, то, соответственно, и полуось с шестерней вращается медленнее и вращает с такой же угловой скоростью сателлит 2. Сателлит 2 передает вращение сателлиту 3. Сателлит 3 передает вращение шестеренке полуоси 4. В результате — разные угловые скорости колес на повороте.

Из-за того, что крутящие моменты в винтовом зацеплении разные, появляются осевые и радиальные силы, которые прижимают шестерни 1 и 4, сателлиты 2 и 3 торцами к крышке дифференциала. Червячные сателлиты 2 и 3 прижимаются к поверхностям отверстий, в которых они сидят. Благодаря образующимся при этом силам, происходит блокировка полуосей. Насколько сильно заблокируется полуось, определяется коэффициентом блокировки.

Характеристики дифференциала самоблока:

коэффициент блокировки дифференциала в % (КБД) (зависит от наклона зубьев, если винтообразный, или, если это диск, то углом чашки);
преднатяг блокировки в кг (это статическое сопротивление между 2 полуосями).

КБД — это отношение моментов сил отстающего к забегающему, то есть крутящий момент отстающего колеса делим на крутящий момент колеса, которое быстрее вращается.

Преимущества самоблокирующегося дифференциала:

Водителю не требуется самому включать самоблок дифференциала, все происходит автоматически.
Устраняет пробуксовку при разных значения сцепления колес.
Улучшает проходимость и динамику управления автомобилей на разных дорогах.
Эффективность разгона возрастает на разных дорожных покрытиях.
Детали самоблокирующегося и обычного дифференциалов взаимозаменяемы.
Какая-либо полуось не сломается, потому что нет полной блокировки колес.
Отключение, то есть разблокировка осуществляется путем сброса педали газа.

Самоблокирующиеся винтовые дифференциалы эффективно подходят для обычного автомобиля. Такие устройства надежные. Рабочий эксплуатационный ресурс винтовых самоблоков такой же, как и у коробок переключения передач (КПП). Они плавно активируются и дезактивируются.

Что такое преднатяг дифференциала

Самоблокирующиеся дифференциалы

Состоит автодифференциал из:

ведомые червячные (полуосевые) шестерни;
ведущие червячные (саттелиты) шестерни.

Характеристики дифференциала самоблока:

коэффициент блокировки дифференциала в % (КБД) (зависит от наклона зубьев, если винтообразный, или, если это диск, то углом чашки);
преднатяг блокировки в кг (это статическое сопротивление между 2 полуосями).

Преимущества самоблокирующегося дифференциала:

Водителю не требуется самому включать самоблок дифференциала, все происходит автоматически.
Устраняет пробуксовку при разных значения сцепления колес.
Улучшает проходимость и динамику управления автомобилей на разных дорогах.
Эффективность разгона возрастает на разных дорожных покрытиях.
Детали самоблокирующегося и обычного дифференциалов взаимозаменяемы.
Какая-либо полуось не сломается, потому что нет полной блокировки колес.
Отключение, то есть разблокировка осуществляется путем сброса педали газа.

Обслуживание

Техническое обслуживание силовых агрегатов всех типов для «Буханки» приводится однотипно. Все эти движки были разработаны на базе легендарного ЗМЗ 402, а поэтому и проведение ТО для них приблизительно одинаковое.

1000 км: замена масла и масляного фильтра.
8000 км: замена масла, маслянного и воздушного фильтра, свечей зажигания, высоковольтных проводов, фильтра тонкой очистки топлива.
17000 км: замена масла, масляного фильтра, топливного фильтра.
25000 км: замена масла, маслянного и воздушного фильтра, свечей зажигания, высоковольтных проводов, фильтра тонкой очистки топлива, регулировка клапанов.
35000 км: замена масла, масляного фильтра, топливного фильтра, замена ремня ГРМ и генератора.
45000 км и последующие: замена масла и масляного фильтра. Каждые 20000 км меняется — топливный и воздушный фильтр, регулируются клапана. Каждые 40000 км пробега — замена ремня ГРМ или каждые 60000 проводится смена цепи.

Для представителей УМЗ 417 и 421 обслуживание двигателя проводится почти аналогично Так, плановое сервисное обслуживание проводится каждые 15 000 км. В ТО входит замена масла и фильтра. Чтобы заменить масло, придётся выкрутить сливную пробку и дождаться, пока сбежит смазочная жидкость. Затем, пробка закручивается, и масло заливается через заливную горловину. Масляный фильтр меняется, когда в моторе нет масла.

Также в техническое обслуживание входит проверка всех систем, отсутствие подтёков масла и неисправностей. Каждые 30 000 км необходимо проводить регулировку клапанов, а каждые 20 000 км делается замена воздушного фильтрующего элемента.