Как работает дифференциал повышенного трения?

LSD дифференциал — что это, для чего нужен и как работает

LSD дифференциал — что это, как работает и какую помощь может оказать на бездорожье? Дифференциал повышенного трения LSD работает также, как и аналогичные автоматические неполные блокировки. Он срабатывает в тех случаях, когда колеса на одной оси начинают крутиться со слишком разной по отношению друг к другу скоростью. Чаще всего LSD дифференциал ставят на внедорожники и спортивные автомобили, но считать его 100% блокировкой и панацеей от застревания в грязи или диагонального вывешивания ошибочно.

LSD дифференциал — что это такое и откуда пошло

Аббревиатура « LSD » пошла с английского языка. Она расшифровывается как « Limited Slip Differential » , что на наш язык переводится как « дифференциал с повышенным внутренним сопротивлением ». Как уже было сказано выше, дифференциал повышенного трения LSD не обеспечивает полной блокировки, допуская определенную разницу между скоростями вращения валов. Он срабатывает лишь в том случае, когда разница ощутима, когда достигается определенная диспропорция между валами. О видах полной блокировки можно почитать в статье о дифференциалах в целом. Выше уже было сказано, что LSD часто ставят в различные автомобили: как в спортивные, так и во внедорожники. Например, в моём Nissan Terrano 1 поколения в кузове WD 21 установлен именно такой LSD .

Обыкновенный LSD дифференциал

В пример еще можно привести LSD дифференциал Toyota — в определенный момент блокировка срабатывает и крутящий момент обеих валов сравнивается, становится одинаковым. Равные пропорции всё равно дают возможность завязшему колесу прокручиваться, но то колесо, которое имеет хорошее сцепление, тоже начинает крутиться и джип выезжает с засады на нормальное место (во многих, но далеко не во всех случаях).

Как работает LSD дифференциал и как делиться на типы

Нужно сразу отметить, что для нормальной работы этой блокировки требуется специальное, особенное масло для LSD дифференциала. Если лить туда обыкновенное масло, то узел долго не прослужит и проблемы могут возникнуть очень быстро. А, так как дифференциал LSD ремонтируется довольно сложно и (что даже важнее) очень дорого, то до такого лучше не доводить. Специальное масло непременно имеет на упаковке пометку, что оно подходит для соответствующих LSD блокировок.

Обыкновенный LSD дифференциал

Что касается типов LSD:

Классический — дифференциал чувствителен к разнице скоростей между валами, блокируя при определенном моменте. Это классическая блокировка, аналогичная вискомуфте. Применяется всё чаще, особенно во внедорожниках, так как лёгок в обслуживании и крайне прост по своей конструкции и принципу действия;

Традиционный — дифференциал срабатывает при разнице между передачей крутящего момента. Его уже почти никуда не устанавливают, встречается только на старых авто и то, чаще в нерабочем или полумертвом состоянии. Дифференциал LSD такого типа можно отнести к червячному типу, он блокирует автоматом при определенной разнице между КМ самого дифференциала и, непосредственно приводного вала.

Классический задний дифференциал LSD очень популярен, но на многих старых машинах доведен до ужасного состояния. В новые его тоже периодически устанавливают, но, как уже говорилось выше, его эффективность в серьезной грязи не очень высока. Многое зависит от прокладки между сиденьем и рулем, поэтому в умелых руках автомобиль лишь с такой блокировкой тоже способен на небольшие подвиги, но заменить 100% блокировку он не способен.

Также начинающие джиперы часто интересуются, как определить LSD дифференциал — делается это очень просто: задняя сторона машины домкратиться так, чтобы колеса отрывались от земли. Передняя часть авто при этом стоит на земле (не забывайте ставить под колеса противооткаты и держать авто на передаче в момент подъема). Колесо, которое оказывается в воздухе, можно попробовать покрутить. Если второе колесо крутится в ту же сторону, то у вас установлен LSD. Если второе колесо начинает крутиться в другую сторону, то в мосту или ничего нет, или дифференциал с блокировкой сломан и не функционирует. Также определить наличие или отсутствие LSD в мосту можно по наклейкам на самом узле или на арке водительской двери, но как показывает практика, чаще всего на старых авто такие наклейки не сохраняются.

Самоблоки: все, что вам нужно знать

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

Ахиллесова пята

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

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

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.

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.

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.

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

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

Читайте также  Не работает лямбда зонд что делать?

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

На своем месте

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

Случаются парадоксы: достоинство узла в определенных условиях становится его недостатком

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

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

КЛАССОВОЕ ДЕЛЕНИЕ

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

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

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

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

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

АКТИВНЫЙ ДИФФЕРЕНЦИАЛ, ИЛИ УПРАВЛЕНИЕ ТЯГОЙ

Дифференциал является обязательным узлом автомобильной трансмиссии и предназначен для распределения крутящего момента между полуосями ведущих колес, позволяя им вращаться с разными угловыми скоростями при движении автомобиля в повороте, когда наружное к центру поворота колесо должно бежать по более длинной дуге, а значит, и катиться быстрее, чем внутреннее.

Если это условие не будет соблюдаться, колесам не избежать пробуксовки, а агрегатам трансмиссии — повышенных нагрузок на шестерни, протектору покрышек — ускоренного износа, что недопустимо с точки зрения долговечности. Опять же по причине увеличившегося сопротивления качению вырастет и расход топлива. Когда еще необходимо согласовывать скорости вращения ведущих колес? Например, когда одно из колес катится по ровной поверхности, а другое в это же время перекатывается через бугор или попадает в яму.

Передай другому
Словом, трансмиссия без дифференциала никак. Представляет же собой дифференциал планетарную передачу. Корпус (водило) дифференциала вращается вместе с ведомой шестерней главной пары. В корпусе закреплена крестовина, на шипы которой свободно посажены небольшие промежуточные шестерни-сателлиты, находящиеся в зацеплении с шестернями полуосей приводных валов. В любой планетарной передаче скорости вращения одних ее отдельных элементов изменяются, если по каким-то причинам изменились скорости вращения других.
При движении в повороте внутреннее колесо, идущее по меньшему радиусу, начинает катиться медленнее, чем наружное, притормаживая в дифференциале свою полуосевую шестерню. В результате дифференциал вступает в действие. Сателлиты, не вращавшиеся при езде по прямой, начинают подкручивать вторую полуосевую шестерню, вынуждая наружное по отношению к центру виража колесо вращаться быстрее. Как только автомобиль вернулся на ровную прямую дорогу, дифференциал на время перестает работать, дожидаясь следующего изменения траектории или момента, когда колеса одновременно окажутся на неровностях различного профиля.
Такой дифференциал называется свободным, но чем чревата его свобода — общеизвестно. При недостаточном сцеплении с покрытием и избытке крутящего момента, переданного колесу, последнее начинает скользить. Вот тут бы буксующее колесо как-то притормозить, снять с него тягу, однако свободный дифференциал немедленно продемонстрирует свою двуликость. Буксующему колесу дифференциалом будет передан вообще весь крутящий момент, а колесо, имеющее более или менее нормальное сцепление с дорогой, наоборот, будет остановлено совсем. Приехали.

Дан приказ ему.
Спасение от подобной напасти — блокировка. При наличии блокировки дифференциал перестает быть свободным, а когда блокировку научили подчиняться электронному управлению, ориентирующемуся на показания датчиков скорости вращения колес, оборотов двигателя, положения педали акселератора и т.д., дифференциал стал активным.
Первоначально активные дифференциалы (примеры: дифференциал Фергюсона в трансмиссии Mercedes-Benz 4-Matic, муфта Haldex в VW 4-Motion) использовались только для борьбы со скольжением колес посредством перенаправления крутящего момента колесам, имеющим лучшее сцепление с дорогой. Однако после того, как компании Mitsubishi и Honda представили Lancer Evolution VIII и полноприводные Legend/Acura RL, появился повод говорить об активных дифференциалах нового типа.

Что они могут
В трансмиссии Lancer Evo VIII три дифференциала, и будто в согласии с названием модели эта троица демонстрирует эволюцию блокировок. Дифференциал передних колес — самоблокирующийся, использующий свойство червячных сателлитов самостоятельно тормозиться при появлении разницы в величине крутящего момента на входном и выходном валах дифференциала.
В межосевом дифференциале ACD блокировку выполняет фрикционная муфта, управляемая электронным блоком. Блокировка задействуется, когда компьютер получает информацию о том, что разность скоростей вращения превысила определенное значение, что улучшает управляемость при движении в поворотах. Блокировку межосевого дифференциала можно активизировать принудительно, и тогда будет обеспечен уверенный старт с места на скользком покрытии.

Но изюминка трансмиссии Lancer Evo VIII — задний дифференциал, получивший название AYC, что означает Active Yaw Control. Из названия следует, что дифференциал AYC способен управлять вращением автомобиля вокруг вертикальной оси — другими словами, влиять на курсовую устойчивость, корректируя траекторию движения. Чтобы справляться с этой задачей, дифференциал AYC оснащен не конической планетарной передачей, как обычный свободный дифференциал, а цилиндрическим планетарным рядом, управляемым многодисковыми фрикционами.
При движении по прямой AYC работает как свободный дифференциал, но в повороте электроника включает фрикционные блокировки, при этом величина проскальзывания фрикционных дисков, которая определяет степень блокировки, опять-таки регулируется электроникой. Какому из фрикционов работать, зависит от направления поворота. В левом повороте замыкается фрикцион, обеспечивающий передачу тяги к полуоси правого колеса, что и требуется, чтобы оно крутилось быстрее левого. В правом повороте замыкается другой фрикцион, и левое колесо обгоняет правое.
Но где же управление вращением вокруг вертикальной оси? Дело в том, что планетарная передача в AYC способна не только перераспределять крутящий момент между колесами, но и увеличивать его на наружном к центру поворота колесе до 5% сверх того, что могло бы прийти к колесу по трансмиссии. Казалось бы, что такое 0-5%, но в результате на колесе появляется дополнительная тяга, обеспечивающая эффект подруливания в повороте. Или еще вернее будет сказать, что дифференциал AYC удерживает автомобиль на заданной траектории, не требуя от водителя корректирующих действий рулем, а пресекая любые проявления избыточной или недостаточной поворачиваемости, во-первых, распределением крутящего момента на задних колесах, во-вторых, добавкой тяги наружному колесу от 0 до 5% в зависимости от текущей информации, передаваемой датчиками блоку управления. Активные дифференциалы предыдущего поколения такому обучены не были.

Читайте также  Как работает печка в машине?

Гидравлика или электричество
Похожий принцип используется в системе полного привода Honda SH-AWD (Super Handling AWD), разве что в отличие от гидравлических исполнительных механизмов, сжимающих фрикционы в дифференциале Mitsubishi AYC, здесь в заднем дифференциале используются электромагниты. Разумеется, есть разница и в настройках управляющей электроники, поскольку Lancer Evo VIII — дорожный спорткар, а Legend/Acura RL — автомобили премиум-класса. Впрочем, планетарный «корректор» траектории в трансмиссии SH-AWD также обеспечивает упомянутый выше диапазон 0-5%.
Однако не исключено, что в будущем Mitsubishi придется пересмотреть некоторые конструктивные решения, примененные в AYC. У электричества преимуществ больше, и «электрика» медленно, но уверенно вытесняет гидроприводы из практики автостроения. Два месяца назад компания BMW объявила, что полноприводные модификации машин 5-й серии также будут оснащаться активным задним дифференциалом DPS (Dynamic Performance Control), улучшающим управляемость. В дифференциале BMW гидравлике места не нашлось — пакеты фрикционов замыкаются пусть и не электромагнитами, как в Honda, но с помощью компактных шаговых электродвигателей.

Это смогла бы ESP
Подруливающие активные дифференциалы вынудили применить к автомобилям авиационный термин «вектор тяги». Теперь вспомним, как работает ESP — электронная программа стабилизации. Блок управления ESP учитывает действие сил, стремящихся развернуть автомобиль вокруг вертикальной оси. При необходимости система ESP, задействуя тормозные механизмы, притормаживает каждое колесо автомобиля по отдельности так, чтобы результирующая тормозных сил противодействовала моменту сил, разворачивающих машину, и этим удерживает ее на безопасной траектории.
То есть и здесь появляется некий вектор сил, только направленный так, чтобы автомобиль безопасно миновал поворот. А если тормозные силы перераспределить таким образом, чтобы полученный в результате вектор еще и безопасно «заправил» машину в вираж? Нет сомнений, что ESP такая задача по плечу. Надо только иначе запрограммировать блок ее управления. Другое дело, что торможение — это перевод кинетической энергии в тепловую и ее последующее рассеивание. В этом плане активные дифференциалы работают рациональнее, влияя на расход топлива лишь за счет энергии, необходимой для привода гидравлических цилиндров или электромагнитов.

Вердикт «АБw»
Повышенная активность (солнечная, тектоническая и т.д.) — это почти всегда плохо, кроме частных случаев, когда речь идет, например, о гиперактивности быка-производителя с колхозного двора. Так что же такое Active Yaw и Super Handling — настоятельная необходимость или очередной маневр, нацеленный в конечном итоге на кошелек покупателя? И много ли осталось в мире мест, где сверхактивность дифференциалов окажется востребованной, а поблизости не отыщется видеофиксатор дорожной полиции? Думается, Беларусь не из этого числа. Значит, нам не страшно — пусть продолжают в том же духе.
Сергей БОЯРСКИХ.

А дифференциал-то становится все активнее! С чего бы это и зачем?

Многообразие дифференциальной теории «на пальцах»

Блокировки дифференциалов используют для повышения вездеходности более 80 лет и, несмотря на все достижения прогресса, настоящий внедорожник без них не обходится.

Еще в начале 30-х не кто иной, как Фердинанд Порше, вел исследования по части блокировок, а чуть позже организованная им компания ZF (Zahnradfabrik – завод зубчатых колес) комплектовала Volkswagen Type B70 первым в мире кулачковым дифференциалом.

Сегодня в арсенале производителей масса различных конструкций, которые они штатно или опционно устанавливают на свои автомобили 4х4.

Нужно сразу разделить два принципиально разных подхода к блокировке дифференциала. Первый – применение «самоблоков», которые способны без привода или управления извне переносить крутящий момент с буксующего колеса на то, у которого лучше сцепление с дорогой, то есть «замыкаться». На самом деле полной, стопроцентной блокировки в их промышленных видах нет, и потому корректно называть их дифференциалами повышенного трения. Именно такой и изобрел Порше в 1932 году. Однако существуют и конструкции, умеющие самостоятельно замыкаться полностью. Производят их небольшие компании. Таков, например, шариковый дифференциал Красикова – устройство, безусловно, полезное на внедорожной трассе. Но мы в этот раз поговорим только о разработках с известным ресурсом, которые производители ставят на автомобили серийно.

Второй подход предполагает блокировку дифференциалов извне. При помощи механики, электрики или пневматики дифференциалы жестко соединяют две свои половинки для вращения вместе. Управлять процессом может как водитель, так и автоматика.

Еще одно принципиальное различие – если межколесные дифференциалы обычно работают симметрично, то среди межосевых дифференциалов есть как симметричные, так и несимметричные, раздающие момент вперед и назад не поровну. Цели и области применения у них разные. Симметричные, как правило, атрибут внедорожника, которому важно просто выдать максимум момента к тому или иному колесу. Несимметричные – удел спортивных кроссоверов: им дисбаланс при сохранении привода на все колеса придает заднеприводный характер в вираже и тем самым повышает управляемость.

Среди разнообразных более-менее сложных конструкций существуют поистине уникальные системы, как, например, управляющие «разнотягом» задних колес устройства AYC Mitsubishi и SH-AWD Honda, DPC BMW.

С ПОВЫШЕННЫМ ТРЕНИЕМ
На сегодняшний день наиболее распространен винтовой, или червячный, дифференциал, в котором распределением момента между половинками заведуют пары косозубых шестерен. Степень их блокировки зависит от трения в косозубом зацеплении и от трения торцов шестерен о корпус дифференциала. Варьировать характеристики можно, изменяя угол зубьев, но в любом случае степень блокировки, обеспечиваемая такими конструкциями, по вездеходным меркам эфемерна. К таким системам относятся Torsen и Quaife. Благодаря мягкому, неполному срабатыванию и возможности создать несимметрично работающую конструкцию эти дифференциалы, как правило, применяют в качестве межосевых (Audi Q7 с распределением момента 40:60). Кстати, главный плюс Torsen – высочайшая надежность.

Другой вариант дифференциалов повышенного трения – многодисковые конструкции, в которых пакет «мокрого» сцепления, соединяющий две полуоси, близок по конструкции к аналогичному в обычном «автомате». Характеристика срабатывания и степень блокировки здесь определяется тем, каким образом сжимались эти диски. Самый простой дифференциал повышенного трения устанавливали на старый Grand Cherokee – там пакет дисков был просто подпружинен с постоянным усилием. То есть дифференциал был все время немного «поджат», а в случае пробуксовки одного колеса он передавал какую-то часть момента на другое. Плюс – простота конструкции, минус – линейность характеристики сжатия определяла узкий диапазон действительной работы дифференциала. Проще говоря, на серьезном бездорожье муфта просто буксовала и полноприводность получалась условная.

В более продвинутых системах в качестве рабочей жидкости для пакета фрикционов использовались силиконовые смазки, повышающие трение при нагреве. Но и они скорее для полноприводных «спортсменов», чем для полноценных внедорожников, хотя именно такие конструкции установлены в заднем мосту Mitsubishi Pajero и Nissan Patrol. Дифференциал с виско-муфтой довольно часто применяли в качестве межосевого — например, на Subaru Impresa, Legasy, Forester с механической коробкой, а впервые его серийно установили на AMC Eagle. Еще одна ветвь, порожденная виско-муфтами, – конструкции, в которых она вообще полностью заменила межосевой дифференциал. Такова знаменитая трансмиссия Syncro полноприводных Volkswagen последней трети ХХ века.

Гарантированно блокирующимся стал многодисковый дифференциал с гидророторным насосом. Тут уже дело не ограничилось свойствами масла или натягом пружины. Насос был прикреплен к одной стороне дифференциала, а приводился от другой. Работать он начинал, когда создавалась разница вращения правого и левого колес, а выработанное давление, в зависимости от степени пробуксовки, больше или меньше сжимало диски. Конструкция хоть и не стопроцентно надежная, зато гораздо более вездеходная, чем все предыдущие варианты. Из минусов ее – довольно резкое срабатывание и, увы, не слишком большой ресурс. Тем не менее на Grand Cherokee WJ 1999 года именно такой дифференциал установлен в качестве межосевого.

Армейская крайность «самоблоков» – кулачковые, или сухариковые, дифференциалы повышенного трения. Этот вид «самоблоков» можно считать самым древним, а представляют они собой абсолютно механическую систему, в которой замыкание половин дифференциала происходит посредством трения поперечных сухарей по выступам боковых муфт – кулачкам. Это довольно грубая, но надежная конструкция, хорошо работающая в приводах медленных тяжелых машин с большими колесами, но имеющая два недостатка – высокую сложность изготовления и огромные потери мощности внутри самого устройства. Такие дифференциалы массово устанавливали на большую часть советской армейской техники, от ГАЗ-66 и «Уралов» до БТР.

УПРАВЛЯЕМЫЕ ИЗВНЕ
Вторая группа блокируемых дифференциалов – те, что механически (электрически, пневматически) намертво соединяют левую половину моста с правой. С ними все более-менее просто и понятно: к мосту присоединен какой-либо привод, внутри – скользящая муфта наподобие тех, что включают передачи в коробке, – и тяга жестко распределена между колесами в соотношении 50 на 50. Причем если раньше для блокирования требовалась полная остановка, то сегодня подавляющее большинство конструкций отлично блокируются и на ходу, при скоростях до 40–50 км/ч.

Читайте также  Как работает противобуксовочная система на Лада веста?

Именно они лучше всего подходят для бездорожья, наиболее надежны и безальтернативны для машин, владельцы которых готовы покорять направления, но… О том, что заблокированный дифференциал может быть не только полезен, но и вреден, хорошо знают обладатели внедорожников с механической блокировкой. В грязи такая машина, разумеется, значительно лучше «гребет» колесами, но теряет в управляемости. А на твердом покрытии движение в заблокированном режиме вообще чревато поломками и все той же неважной управляемостью – машина стремится выпрямить траекторию, неохотно заходит в поворот. Следовательно, нужно непрерывно включать-выключать блокировки, а еще лучше – дозировать тягу на каждое колесо в зависимости от его сцепления с дорогой. Поэтому теперь мы поговорим не о жестко блокируемых системах, а о дальнейшем развитии самоблокирующихся устройств из предыдущей главы.

Большую часть проблем, связанных с задержками срабатывания, степенью блокировки и, главное, безошибочностью моментов включения-отключения, удалось решить тогда, когда для рядового автомобиля стали доступными электронные системы борьбы с буксованием. Алгоритм их работы прост: датчик вращения колеса (тот же самый, что обслуживает ABS) служит информатором о наличии-отсутствии пробуксовок, а исполнительные механизмы так или иначе оперируют тягой.

Наиболее пригодными для воздействия электроники, разумеется, получились многодисковые муфты, породив обширное семейство электронно-управляемых систем. Причем скорость их реагирования позволяет столь тонко дозировать тягу на половинках дифференциала, что автомобиль способен мгновенно приспосабливаться к меняющимся условиям движения. Для межосевого дифференциала это дает возможность перебрасывать часть момента с оси на ось для уверенного трогания или придания автомобилю большей заднеприводности в повороте. Межколесные получили еще больше полномочий – теперь они могут даже корректировать курс на ходу.

Подобные системы установлены в трансмиссиях заряженных версий М BMW X5 и X6. Помимо регулируемого несимметричного межосевого (40 на 60% в спокойном режиме), в заднем мосту здесь установлен активный дифференциал DPC с двумя пакетами фрикционов и двумя планетарными механизмами. В повороте фрикционы внешнего колеса сжимаются, увеличивая тягу на нем. Вкупе с перераспределением момента в пользу задних колес это дает сильный эффект доворота машины без поворота руля. Разумеется, комфортность и универсальность такой системы полностью зависит от тонкостей прописанных программ, но и открывает перед владельцем даже некоторую возможность индивидуальной настройки персонального автомобиля в сторону «зажигательности» или, наоборот, безопасности.

Наряду с подобными устройствами те же функции могут быть с успехом реализованы штатной противобуксовочной системой, тормозящей свободное колесо и через стандартный свободный дифференциал отсылающей момент к противоположному. По сути это типовая работа системы стабилизации ESP, перепрограммированная для условий плохой дороги и низких скоростей. И здесь главное – быстродействие, а также точность программы. Подобные «псевдоблоки» способны даже кроссоверам придать достаточно высокую проходимость. К примеру, работу системы контроля тяги ETC стандартного М-класса на бездорожье можно отличить от честно заблокированного аналога со внедорожным пакетом лишь по треску насоса ABS. Разумеется, для длительных силовых упражнений такой вариант не слишком хорош – немного теряется тяга, насос ABS перегревается, да и колодки изнашиваются, но эпизодическое бездорожье подобная электроника побеждает триумфально. Поскольку эффективность подобных систем с годами растет, а стоимость падает, они все больше вытесняют с рынка иные, механически более сложные устройства. Последним приходится довольствоваться нишей автоспорта или полноценных внедорожников.

Сегодня процессы самоблокировки в большинстве дифференциалов столь скоротечны и плавны, что зачастую даже продвинутый водитель не в состоянии отличить, сработал у него «самоблок», принудительная блокировка или это электроника стабилизации помогла не буксовать. Будущее систем перераспределения тяги видится в поголовном господстве противобуксовочных систем для массового автомобиля и полноценных «железных» блокировок для настоящего, бескомпромиссного офф-роуда.

Устройство и принцип работы дифференциала Torsen

Дифференциал Торсен (Torsen) – это разновидность самоблокирующегося червячного дифференциала повышенного трения. Как и любой другой дифференциал, он предназначен для распределения крутящего момента между ведущими колесами либо между ведущими мостами. Название механизма происходит от словосочетания Torque Sensing, что переводится как «чувствительный к крутящему моменту». Рассмотрим принцип работы, основные компоненты, а также плюсы и минусы данного устройства трансмиссии разных поколений.

  1. Принцип работы
  2. Устройство и основные компоненты
  3. Поколения дифференциала Torsen
  4. Преимущества и недостатки
  5. Применение

Принцип работы

Торсен является червячным самоблокирующимся дифференциалом. Это означает, что автоматическая блокировка дифференциала происходит при разности крутящих моментов на корпусе механического устройства и его на приводном вале. Сам дифференциал состоит из ведомых и ведущих червячных шестерен, которые называют “полуосевыми” и “сателлитами” соответственно. Червячная шестерня имеет одну особенность: она не вращается от других шестерен, однако сама может приводить во вращение другие шестерни. Это свойство (расклинивание) позволяет частично блокировать дифференциал.

Если колеса автомобиля имеют хорошее сцепление с дорожным покрытием и движутся плавно, то крутящий момент между осями распределяется в равных отношениях. При резком увеличении крутящего момента ведущие червячные шестерни пытаются начать движение в противоположную сторону. Ведомые шестерни перегружаются, блокируются выходные валы, а лишний крутящий момент от двигателя машины передается на другую ось.

Межколесный самоблокирующийся червячный дифференциал включается в работу при проскальзывании одного из колес. При пробуксовке падает крутящий момент на одном колесе, Торсен блокируется и передает крутящий момент от двигателя машины на другое колесо. Блокировка буксующего колеса при этом является частичной, а степень блокировки зависит от того, насколько сильно уменьшилась величина крутящего момента.

Самоблокирующийся дифференциал Torsen может максимально перераспределить крутящий момент до соотношения 7:1 (86%:14%).

Устройство и основные компоненты

Рассмотрим, из каких основных элементов состоит Торсен:

  • Корпус (другое название: “чашка дифференциала”). Он передает крутящий момент от главной передачи на полуосевые шестерни через сателлиты. На нем крепится ведомая шестерня главной передачи. Внутри чашки дифференциала имеются оси, на которых установлены сателлиты.
  • Правая и левая полуосевые шестерни (другое название: “солнечные шестерни”). Они передают крутящий момент на оси/полуоси через шлицевое соединение.
  • Сателлиты правой и левой полуосевых шестерен. Соединяют чашку дифференциала и полуосевые шестерни. Торсен имеет в своей конструкции четыре сателлита.
  • Выходные валы.

Схема дифференциала Torsen в трансмиссии автомобиля Audi Quattro

Отметим, что данная разновидность самоблокирующегося дифференциала обладает наиболее совершенной конструкцией.

Поколения дифференциала Torsen

Самоблокирующийся дифференциал Torsen имеет три поколения:

  • T-1 – первое поколение самоблокирующегося устройства распределения крутящего момента. В нем в качестве червячных пар выступают сателлиты и шестерни ведущих полуосей. Сателлиты полуосей связаны прямозубым зацеплением. Оси сателлитов перпендикулярны полуосям. Межколесный дифференциал Торсен первого поколения позволяет колесам автомобиля вращаться с различной скоростью. При проскальзывании колеса механизм пытается передать большую часть мощности двигателя автомобиля на другую полуось, после чего червячная пара этой полуоси расклинивается. При этом сила трения, которая возникает в червячном зацеплении из-за разности величин крутящих моментов на колесах, блокирует дифференциал. Первое поколение дифференциала Torsen самое мощное из всех конструкций в своем классе.
  • T-2 – второе поколение устройства. Главные отличия от первого поколения: оси сателлитов здесь расположены вдоль полуосей; сами сателлиты расположены в специальных карманах корпуса дифференциала; участвующие в процессе блокировки механизма при расклинивании шестерни парных сателлитов – косозубые.
  • T-3 – третье поколение дифференциала. Имеет планетарную конструкцию. Третье поколение Торсен используется, в основном, в качестве межосевого дифференциала на автомобилях, имеющих полный привод. Механизм имеет компактные габариты в связи с тем, что ведущая шестерня и оси сателлитов расположены в конструкции параллельно.

Преимущества и недостатки

Начнем с достоинств дифференциала Torsen:

  • высокая точность работы;
  • плавность работы;
  • низкий уровень шума при работе;
  • распределение мощности двигателя автомобиля между колесами или ведущими мостами происходит автоматически и не требует участия водителя;
  • мгновенное перераспределение крутящего момента не влияет на процесс торможения;
  • при корректной эксплуатации практически не нуждается в обслуживании (необходимы лишь контроль уровня трансмиссионного масла и его своевременная замена).

Недостатки дифференциала Торсен:

  • высокая стоимость из-за сложности изготовления и сборки механизма;
  • увеличение расхода топлива из-за потерь на трение элементов механического устройства;
  • сравнительно низкий КПД;
  • предрасположенность к заклиниванию;
  • высокий износ нагруженных элементов;
  • механизм требует особые смазочные материалы из-за значительного тепловыделения при работе;
  • ускоренный износ деталей при использовании колес одной оси с разными характеристиками (например, при установке запасного колеса, отличающегося от установленных колес).

Применение

Самоблокирующийся дифференциал Torsen используют как в качестве межколесных, так и в качестве межосевых устройств распределения крутящего момента. Широкую известность получил дифференциал Torsen Audi Quattro. В современных полноприводных автомобилях данное механическое устройство устанавливается довольно часто. Отметим, что межосевой дифференциал Torsen используется практически на всех автомобилях Hummer.

Популярность устройства распределения крутящего момента Торсен обусловлена отсутствием связи с какой-либо электроникой или муфтами. Данный элемент трансмиссии – это сравнительно простой механизм, отличающийся мгновенным срабатыванием и отсутствием негативного влияния на процесс торможения. Именно поэтому дифференциал данного типа используют в своих автомобилях ведущие автопроизводители.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: