Как известно, в гонках выигрывают те пилоты, которые теряют меньше времени на прохождение поворотов. Именно поэтому так много гоночных команд и инженеров делают всё возможное для увеличения скорости их прохождения.
В любом автомобиле стандартный дифференциал устанавливается для распределения энергии двигателя между ведущими колесами. Стандартный дифференциал передаёт энергию двигателя колесу, которое испытывает меньшее сопротивление кручению. Это позволяет ведущим колёсам в повороте вращаться с разной скоростью и тратить меньше энергии на сопротивление. Сопротивление возникает, так как колёса при повороте описывают разные окружности.
Однако, при прохождении поворота, когда автомобиль кренится на внешнюю сторону, происходит ослабление сцепления колёс внутренней стороны с дорогой. Колёса внутренней стороны "вывешиваются" из-за перераспределения веса, что вызывает избыточное вращение. Такая пробуксовка делает бесполезной попытку ускорения до тех пор, пока колёса не войдут в нормальное сцепление с дорогой. Дифференциал повышенного трения призван минимизировать такой вид пробуксовки.
Дифференциал повышенного трения
(дисковый тип)
Дифференциал повышенного трения по строению аналогичен нормальному дифференциалу.
Как Вы можете видеть, полуоси находятся в скользящем зацеплении с одной группой дисков (на картинке диск "В"), а корпус дифференциала с другой (на картинке диск "А"). Ось сателлитов заключена в камеру, созданную парой нажимных колец. Нажимные кольца находятся в скользящем зацеплении с корпусом. Передача момента от двигателя к полуосям происходит через распорные кольца, посредством зацепления дисков "А" с дисками "В". При появлении крутящего момента ось сателлитов "распирает" нажимные кольца, которые в свою очередь прижимают диски "В" к дискам "А". Таким образом, обе полуоси ведущего привода равномерно распределяют момент между колёсами. Степень прижима (блокировки) зависит от величины переданного двигателем крутящего момента. Этот эффект ограничивает проскальзывание разгруженного в сильном повороте колеса. Обеспечивая блокировку при ускорении и торможении, дифференциал повышенного терния работает как обычный при отсутствии передаваемого двигателем момента.
Виды дифференциалов повышенного трения (1 way, 1.5 way и 2 way)
Многие производители дифференциалов повышенного трения делят свою продукцию в соответствии с режимом работы на 1 way, 1.5 way и 2 way. Это деление зависит от вида разреза в камере под ось сателлитов. Форма разреза непосредственно влияет на работу ДПТ. 1 way означает, что из-за формы разреза блокировка дифференциала происходит только при ускорении. Дифференциал с индексом 2 way блокируется как при ускорении, так и при торможении. Дифференциал 1.5 way также как и 2 way блокирует и при ускорении и при замедлении, но блокировка при замедлении имеет более "мягкий" характер. Этот тип обеспечивает "щадящую" блокировку при торможении и лучше всего подходит для новичков, и менее эффективен, чем 2 way в профессиональном автоспорте. Самое эффективное применение данного типа - это ведущая ось переднеприводного автомобиля.
Краткий итог по типам ДПТ:
1. Применение типа 1.5 way целесообразнее всего на автомобилях для дорог общего пользования. Более мягкая блокировка при торможении позволяет плавно "смещать" автомобиль в повороте при замедлении (чем при использовании типа 2 way).
2. Применение типа 2 way обеспечивает оптимальную блокировку при ускорении и замедлении. Идеально подходит для дрифтинга, особенно для пилотов, которые предпочитают постоянную блокировку при прохождении поворотов. Основное применение типа 2 way - автоспорт.
Сравнение дифференциалов повышенного трения
На сегодняшний день существует большое количество типов ДПТ и их производителей.
Большинство дифференциалов повышенного трения применяемых в стандартной комплектации автомобиля, или опционно, имеют 2 сателлита. Такая конструкция не в состоянии обеспечить сильной блокировки, и скорее необходима для создания "спортивного" поведения автомобиля. Такая блокировка лучше, чем её отсутствие, но это не лучший вариант для профессиональных пилотов и для любителей дрифтинга.
Настоящий дифференциал повышенного трения должен иметь как минимум 4 сателлита. Во всём мире такая конструкция используется в ралли и в кольцевых автомобильных гонках. Линейность и степень блокировки ДПТ зависит от ряда параметров. Форма разреза камеры, размер дисков, коэффициент трения, порог срабатывания, характеристики смазочного масла - всё это влияет на характеристики ДПТ.
Виско-муфта, тип Торсена, винтовой тип - это типы ДПТ, которые устанавливают производители автомобиля. Эти типы широко распространены, так как имеют менее агрессивную степень блокировки и более просты в обслуживании, чем дисковые ДПТ. Однако, для достижения максимального контроля над автомобилем, например, в соревнованиях, производители автомобилей и тюнинг-ателье используют дифференциал дискового типа.
Современный автомобиль – одно из самых высокотехнологичных и сложных устройств, которыми мы пользуемся повседневно, и чуть ли не с каждым днем он становится все сложнее, впитывая в себя последние достижения в различных областях техники. Но есть в конструкции практически любого автомобиля решения старые как мир (хотя, разумеется, совершенствующиеся с течением времени), и зачастую мы даже не задумываемся об их древности, не говоря уж о принципе действия. Одно из них - дифференциал.
ровесник колеса
Это, конечно, преувеличение, но не очень большое: как только два колеса получили общую ось и появилась необходимость изменять направление движения, люди заметили, что при повороте повозки левое и правое колеса проходят различный путь, и, если они жестко закреплены на этой оси, одно из них пробуксовывает. Причем этот эффект не так уж ничтожен, как может показаться: например, если современный автомобиль среднего класса разворачивается в левую сторону, вывернув колеса на максимальный угол, то за время полного разворота (на 180 градусов) правое колесо проезжает более четырех «лишних» метров...
Впрочем, тогда, когда появился дифференциал, никакими автомобилями еще и не пахло: первое упоминание о похожей конструкции датируется 2600-м годом до нашей эры - она использовалась в Китае, на боевых колесницах (для чего, сейчас уже трудно сказать). Также механизм, примерно соответствующий современному устройству дифференциала, был предложен гениальным Леонардо да Винчи за четыреста лет до появления автомобилей, которые в нем нуждались. Наконец, дифференциал в том виде, в каком мы его знаем, был запатентован во Франции изобретателем Онесифором Пеккером в 1827 году, а первым его носителем считается машина австралийца Дэвида Ширера, построенная в 1897 году.
Однако прошло еще немало лет, прежде чем дифференциал окончательно "прописался" в конструкции автомобиля: еще в 20-е годы прошлого века многие инженеры считали, что резиновые шины компенсируют разницу угловых скоростей, позволяя колесам буксовать при повороте без большого ущерба для автомобиля. И даже сейчас встречаются бездифференциальные конструкции, такие как спортивно-"игрушечные" карты, у которых задние колеса не могут вращаться независимо. Но на всех серьезных автомобилях главная задача - передача тяги на ведущие колеса с компенсацией возможного различия их скоростей - решается с помощью дифференциала.
В основе простейшего дифференциала лежит планетарный механизм, где крутящий момент на полуоси передается через шестерни-сателлиты. Не углубляясь в теорию, можно сказать, что действие этого механизма можно сравнить с весами: пока грузы на обеих чашках одинаковы, они неподвижны друг относительно друга, но как только одна из них перевешивает, конструкция приходит в движение и чашки перемещаются. Соответственно, пока оба колеса автомобиля находятся в одинаковых условиях, для их вращения необходимы одинаковые усилия, и сателлиты вращают обе полуоси одинаково, но если баланс нарушается, крутящий момент тут же передается на ту полуось (и, соответственно, колесо), которая вращается легче. Причем, исходя из конструктивных особенностей, дифференциал в этом случае является повышающим редуктором: если одно колесо неподвижно, то второе будет вращаться вдвое быстрее.
век свободы не видать
В этом и есть главный смысл и одновременно недостаток планетарного механизма: даже если попробовать резко, с пробуксовкой, стартовать на асфальте, чаще всего будет буксовать лишь одно колесо, поскольку фактически в этот момент только оно и является ведущим. А если покрытия разные (асфальт-лед, например), разница еще заметнее: попав на лед, одно из ведущих колес так и будет буксовать, а другое - спокойно стоять на асфальте. И даже полный привод не может кардинально изменить ситуацию: если он постоянный, автомобилю требуются целых три дифференциала - два межколесных и один межосевой, - поскольку при повороте скорости могут отличаться у всех ведущих колес. И если все эти дифференциалы обычные, так называемые свободные, то в худшем для водителя случае крутящий момент будет передаваться опять же на единственное колесо, причем самое легко вращающееся, читай - буксующее. Решением проблемы стали блокировки, к развитию конструкций которых, в сущности, и сводится многолетний процесс совершенствования дифференциалов.
Различных блокировок великое множество, однако, по большому счету, все дифференциалы, кроме свободных, можно разделить на две основные группы - принудительно, жестко блокируемые и самоблокирующиеся. С принудительной блокировкой все достаточно просто: полностью заблокированный дифференциал перестает выполнять свои функции и превращается в муфту, жестко связывающую полуоси (или карданы, если он межосевой), передавая им одинаковый крутящий момент с одинаковой угловой скоростью. Для полной блокировки классического дифференциала достаточно либо заблокировать возможность вращения сателлитов, либо жестко соединить между собой чашку дифференциала с одной из полуосей. Включать подобного рода блокировки можно только при полной остановке, а пользоваться ими нужно крайне аккуратно, так как усилия мотора вполне достаточно, чтобы испортить исполнительный механизм. Применяют их, как правило на небольших скоростях, только для передвижения по труднопроходимой местности, так как при полной блокировке межколесного дифференциала (особенно впереди) автомобиль очень сильно теряет в управляемости – едет "плугом" прямо, а заблокированный межосевой дифференциал при езде по дорогам часто снижает ресурс трансмиссии просто катастрофически. Принудительная блокировка – удел настоящих внедорожников, типа Mercedes G-класса и Land Rover Defender, все три дифференциала которых могут быть полностью заблокированными. Проходимость в этом случае поистине феноменальна, но легковые автомобили, как правило, такими блокировками не снабжаются.
Исключительно на вездеходах и спецтехнике (тракторы, бронетранспортеры) используются и некоторые типы самоблокирующихся дифференциалов - такие, к примеру, как кулачковые и зубчатые. В этих конструкциях вместо рассмотренного нами классического планетарного механизма используются кулачковые или зубчатые пары соответственно, которые при небольшой разнице в угловых скоростях полуосей имеют возможность взаимно проворачиваться (перескакивать), а при пробуксовке заклиниваются и блокируют полуоси друг с другом. Достоинство таких схем - простота конструкции, а главный недостаток - "грубое" срабатывание блокировок, делающее невозможным их применение на "гражданских" автомобилях. Для последних разработаны более "продвинутые" конструкции, достойные отдельного подробного рассказа.
между трением и скольжением
Конструкция большинства самоблокирующихся дифференциалов основана на использовании силы трения, поэтому их так и называют - дифференциалы повышенного трения. За границей принят другой термин - Limited Slip Differentials (сокращенно - LSD), то есть дифференциалы с ограниченным проскальзыванием, что, в сущности, то же самое. Один из наиболее простых и в силу этого распространенных вариантов - так называемая вискомуфта (она же вязкостная), где вышеупомянутое трение создается внутри специальной жидкости. В обычном режиме эта муфта остается разомкнутой, но как только одна из полуосей начинает получать ощутимо больший момент и более высокую угловую скорость вращения относительно другой, жидкость начинает "сопротивляться", блокируя дифференциал, но не жестко, а плавно, причем коэффициент трения и, соответственно, степень блокировки увеличивается с ростом разницы в скоростях. А по мере выравнивания угловых скоростей трение внутри вискомуфты начинает падать, что ведет к ее постепенному размыканию и отключению блокировки. Вискомуфты применяются обычно для межосевых дифференциалов (их конструкция слишком массивна для установки на мостовой редуктор) как дорожных полноприводных машин, таких как Subaru Impreza, так и "паркетников" типа Toyota RAV4. На настоящем бездорожье вискомуфта не справляется с постоянной сменой условий сцепления колес с грунтом, запаздывает при включении, перегревается и в конечном счете может выйти из строя.
Механические самоблокирующиеся дифференциалы можно разделить на два типа - speed sensitive, срабатывающие от разницы в угловых скоростях вращения полуосей, и torque sensitive, "чувствующие" разницу передаваемого на полуоси крутящего момента. Конструкции первого типа представляют собой обычные планетарные дифференциалы, только снабженные блоками фрикционных пластин, поэтому их именуют еще friction based LSD. Когда начинает возникать разница в угловых скоростях, пластины благодаря силе трения сдерживают ее, а когда величина крутящего момента превосходит эту силу, вращение все же передается на полуось с меньшим сопротивлением вращению. Поэтому такие блокировки работают в сравнительно небольшом диапазоне отношения моментов и кардинально повлиять на управляемость или проходимость машины не в состоянии. Тем не менее, подобные дифференциалы штатно устанавливаются в задних мостах многих внедорожников - Toyota 4Runner, Nissan Terrano, Kia Sportage. Дальнейшим развитием этой конструкции можно считать так называемый героторный дифференциал, где пакет фрикционов LSD дополнен устройством блокировки, состоящим из насоса с поршнем: при возникновении разности угловых скоростей насос нагнетает рабочую жидкость (масло) и сдавливает фрикционный блок, многократно увеличивая трение и блокируя дифференциал. Под названием Hydra-Lock такая конструкция используется на внедорожниках Jeep корпорации DaimlerChrysler.
torsen - это звучит гордо
Отдельная песня - дифференциалы системы Torsen, которые некоторые называют "дифференциалами Торсена", уж очень название похоже на фамилию изобретателя. На самом деле это просто сокращение от вышеупомянутого Torque sensitive, и на данный момент это одна из самых эффективных и технологичных форм блокировки дифференциалов. Принцип ее работы основан на свойствах червячной передачи, о которых мы здесь не будем распространяться, ограничимся лишь описанием свойств и области применения трех основных разновидностей этой конструкции. Дифференциалы типа Т-1 - самые мощные, они способны «переваривать» самые большие перепады крутящего момента – от 2,5:1 до 5:1, - их можно встретить на различных машинах, но стали известными они в первую очередь благодаря компании Audi и технологии Quattro, где они используются в качестве межосевых. Другие компании использовали Т-1 в основном в задней оси спортивных моделей – таковы, например, выпускавшиеся в 90-е годы прошлого века Mazda RX-7 (заднеприводная) и Toyota Celica GT-4 (полноприводная).
Дифференциал T-2 имеет меньший диапазон блокировки, однако он более чувствителен к разнице передаваемого момента и срабатывает раньше. Такая схема также используется в полноприводных моделях Audi, а кроме них - в BMW Z3, Honda S2000, Toyota/Lexus (как на джипах, так и на дорожных автомобилях), Volkswagen Passat 4Motion и даже на дорожном варианте культового Hummer (вариант для военных оснащен дифференциалом Т-1). Наконец, третий тип, Torsen Т-3, используется в основном для межосевых дифференциалов: планетарная структура конструкции позволяет сместить начальное распределение момента в пользу одной из осей, а срабатывание частичной блокировки происходит при 20-30-процентной разнице в передаваемых на полуоси моментах. Так сделано на Toyota 4Runner: в обычных режимах 40 процентов момента передается на передние колеса, 60 - на задние, а при частичной блокировке это соотношение может изменяться от 53:47 до 29:71. Эти дифференциалы достаточно молоды и только начинают завоевывать популярность: так, Audi, известный апологет равного распределения крутящего момента по осям, в новых моделях собирается изменить своим традициям в сторону "заднеприводности".
Очень похожи на Torsen Т-1 английские дифференциалы Quaife и американские Tractech: первые чаще всего можно встретить на спортивных автомобилях (Focus RS, Noble M12) или в тюнинговых комплектах, вторые применяются на внедорожниках: Ford, Chevrolet, Dodge. Кстати, и в России есть производство аналогичных дифференциалов "Торсена" для внедорожников УАЗ и спортивных переднеприводных ВАЗов; автор данного материала имеет некоторый опыт езды на последних и может авторитетно заявить – «гражданские» приемы вождения на машине с блокировкой неприемлемы. Если в процессе доработки переднеприводника вы предполагаете установку самоблокирующегося дифференциала, учтите это.
проверено электроникой
Электронные системы управления дифференциалами "выросли" из АБС (антиблокировочная система тормозов): ее датчики, отслеживающие частоту вращения каждого колеса, фиксируют начало пробуксовки одного из них, а дальше, как говорится, дело техники. Точнее, электроники, которая дает команду притормозить забуксовавшее колесо, тем самым увеличивая на него нагрузку и вынуждая дифференциал - свободный, без всяческих механических ухищрений - передавать момент на колесо с хорошим сцеплением. Еще недавно подобная электронная имитация блокировок являлась для некоторых полноприводников (первые Mercedes ML и BMW X5) единственным средством контроля тяги и перераспределения крутящего момента между осями и колесами, но практика показала, что для обеспечения настоящей проходимости этого мало, наибольший эффект достигается при сочетании электронных «помощников» с современными механическими системами. Взять хотя бы последнее поколение джипов Toyota или новый Jeep Grand Cherokee: конечно, эти машины не превосходят по проходимости старых героев бездорожья с их полным набором механических блокировок, но это уже и не "паркетники"; при этом ими куда проще управлять, нежели настоящими "проходимцами", как на асфальте, так и вне его.
Не отстают и чисто "асфальтовые" автомобили: для них совершенство «электронных» трансмиссий, огромную роль в работе которых играют дифференциалы, является важнейшим конкурентным преимуществом. Так, система полного привода ATTESA ETS (Advanced Total Traction Engineering System for All Electronic Torque Split) на легендарных Nissan Skyline GT-R позволяет стартовать на полном приводе, когда наиболее важно реализовать большой крутящий момент без пробуксовки, а затем двигаться в «штатных» режимах исключительно на заднем, минимизируя потери в трансмиссии. Как только датчики фиксируют потерю сцепления задними колесами, система за сотые доли секунды подключает переднюю ось, практически мгновенно передавая на нее до 50% крутящего момента. Еще более совершенна система полного привода на последних «эволюциях» от Mitsubishi с «активными» дифференциалами - межосевым ACD и задним межколесным Super AYC. Прошлой зимой мы имели возможность испытать эту трансмиссию в деле и можем утверждать – электроника дошла до той ступени развития, когда отказываться от нее не стоит даже опытному водителю. А новейшая «умная» трансмиссия компании Honda имеет практически по отдельному дифференциалу с электронным управлением на каждое колесо... Мы уже привыкли рассуждать о чип-тюнинге, изменении программ управления двигателями, наслышаны и об электронике в коробках-«автоматах», - как знать, может быть, скоро привыкнем обсуждать и программы управления дифференциалами?
Последний раз редактировалось Fire, 11.03.2008 в 16:22.
И еще вот статейка.
(некоторые картинки кликабельные!)
Дифференциал – это механическое устройство, которое передает крутящий момент с одного источника на два независимых потребителя таким образом, что угловые скорости вращения источника и обоих потребителей могут быть разными относительно друг друга. Такая передача момента возможна благодаря применению так называемого планетарного механизма. В автомобилестроении, дифференциал является одной из ключевых деталей трансмиссии. В первую очередь он служит для передачи момента от коробки передач к колёсам ведущего моста. Почему для этого нужен дифференциал? В любом повороте, путь колеса оси, двигающегося по короткому (внутреннему) радиусу, меньше, чем путь другого колеса той же оси, которое проходит по длинному(внешнему) радиусу. В результате этого, угловая скорость вращения внутреннего колёса должна быть меньше угловой скорости вращения внешнего колеса. В случае с не ведущим мостом, выполнить это условие достаточно просто, так как оба колеса могут не быть связанными друг с другом и вращаться независимо. Но если мост ведущий, то необходимо передавать крутящий момент одновременно на оба колеса (если передавать момент только на одно колесо, то возможность управления автомобилем по современным понятиям будет очень плохой). При жесткой же связи колёс ведущего моста и передачи момента на единую ось обоих колёс, автомобиль не мог бы нормально поворачивать, так как колеса, имея равную угловую скорость, стремились бы пройти один и тот же путь в повороте. Дифференциал позволяет решить эту проблему: он передаёт крутящий момент на раздельные оси обоих колёс (полуоси) через свой планетарный механизм с любым соотношением угловых скоростей вращения полуосей. В результате этого, автомобиль может нормально двигаться и управляться как на прямом пути, так и в повороте. Схема работы дифференциала и планетарного механизма на картинке справа. Анимированную схему работы можно увидеть на сайте . Однако, ввиду физики устройства, у планетарного механизма есть очень нехорошее свойство: он стремится передать полученный крутящий момент туда, куда легче. Например, если оба колеса моста имеют одинаковое сцепление с дорогой и усилие, необходимое для раскручивания каждого из колёс одинаковое, дифференциал будет распределять крутящий момент равномерно между колёсами. Но стоит только появится ощутимой разнице в сцеплении колёс с дорогой (например, одно колесо попало на лёд, а другое осталось на асфальте), как дифференциал тут же начнёт перераспределять момент на то колесо, усилие для раскрутки которого наименьшее (то есть на то, которое находится на льду). В результате, колесо, находящееся на асфальте перестанет получать крутящий момент и остановится, а колесо, находящееся на льду примет на себя весь момент и будет вращаться с увеличенной угловой скоростью, причем планетарный механизм будет играть роль редуктора, повышающего скорость вращения этого колеса. Естественно, это явление сильно ухудшает проходимость и управляемость автомобиля. Ведь по логике вещей, в рассмотренной ситуации момент желательно передавать на колесо, расположенное на асфальте, чтобы автомобиль мог продолжить движение.
В полноприводных автомобилях дифференциалом обычно оборудованы два моста, а зачастую дифференциал можно обнаружить еще и между мостами (межосевой дифференциал). Таким образом, мы получаем схему трансмиссии, в которой присутствуют целых три дифференциала: два мостовых и один межосевой. Последний необходим для постоянного движения с полным приводом и передачей момента на все четыре колеса. Ведь в повороте колёса рулевого моста (обычно переднего) имеют совсем другие угловые скорости, нежели чем колёса заднего моста. Межосевой дифференциал призван передавать крутящий момент от коробки передач к обоим ведущим мостам с разным соотношением угловых скоростей. Такая схема с тремя дифференциалами является одной из самых распространённых схем для постоянного полного привода (Full time 4WD). Однако, это уже тема другого раздела. В данном разделе нас интересует дифференциал и его свойства. Возвращаясь к вышеописанному проблемному свойству планетарного механизма, интересно рассмотреть ситуацию, когда полноприводный автомобиль с межосевым дифференциалом одним из четырёх колёс попал на тот же лёд (или в скользкую яму). Что тогда произойдёт? Дифференциал моста, колесо которого находится на льду, отдаст весь полученный крутящий момент на это колесо. Межосевой дифференциал, в свою очередь, тоже стремится передать крутящий момент туда, куда легче. Естественно, межосевому дифференциалу легче отдать момент на мост с прокручивающимся на льду колесом, нежели чем на мост, колёса которого имеют хорошее сцепление с дорогой и могут двигать автомобиль. В результате, весь крутящий момент от двигателя и коробки передач пойдёт на раскручивание единственного колеса, находящегося на льду. Остальные три колеса остановятся и не будут получать никакого крутящего момента от дифференциалов. Итог: из четырёх ведущих колёс осталось только одно, которое проскальзывает на льду - полноприводный автомобиль «застрял». Как же заставить дифференциалы передавать крутящий момент на колёса с более хорошим дорожным сцеплением? Для этого были разработаны различные способы частичной и полной, ручной и автоматической блокировки дифференциалов, которые будут рассмотрены ниже.
Основной целью блокировки дифференциала является передача необходимого крутящего момента обоим его потребителям (полуосям или карданам). Существуют принципиально разные методы решения данной задачи.
1. Полная (100%-я) ручная блокировка.
При таком типе блокировки, дифференциал фактически перестаёт выполнять свои функции и превращается в простую муфту, жестко связывающую полуоси (или карданы) между собой и передающую им одинаковый крутящий момент с одинаковой угловой скоростью. Для того, чтобы полностью заблокировать классический дифференциал, достаточно либо заблокировать возможность вращения сателлитов, либо жестко соединить между собой чашку дифференциала с одной из полуосей. Такая блокировка как правило реализована при помощи пневматического, электрического или гидравлического привода, управляемого водителем из салона автомобиля. Применяется как для мостовых, так и для межосевых дифференциалов. На картинке изображена схема блокировки компании ARB для мостового дифференциала, в которой блокируются сателлиты.
Включать подобного рода блокировки можно только при полностью остановленном автомобиле. Пользоваться ими надо крайне аккуратно, так как усилия мотора вполне достаточно чтобы «сорвать» механизм блокировки или поломать полуось. Применять такие блокировки желательно только на небольших скоростях для передвижения по труднопроходимой местности, так как при их применении в мостах (особенно в рулевых), автомобиль очень сильно теряет в управляемости. Как правило, жесткими блокировками мостовых и межосевых дифференциалов оборудуются полноценные рамные внедорожники, такие как Toyota Land Cruiser, 4Runner (Hilux Surf), Mercedes G-Class и.т.п.
Limited Slip Differentials - дифференциалы с ограниченным "проскальзыванием" (одной полуоси относительно другой).
К этим LSD дифференциалам относятся пункты 2, 3 и 4.
2. Автоматическая блокировка с использованием Вискомуфты в качестве "Slip Limiter".
В этом случае применяется блокировка одной из полуосей с чашкой дифференциала. Вискомуфта монтируется соосно полуоси таким образом, что один её привод жестко крепится к чашке дифференциала, а другой – к полуоси. При нормальном движении угловые скорости вращения чашки и полуоси одинаковые, либо незначительно отличаются (в повороте). Соответственно, рабочие плоскости вискомуфты имеют такое же небольшое расхождение в угловых скоростях и муфта остаётся разомкнутой. Как только одна из осей начинает получать ощутимо больший момент и более высокую угловую скорость вращения относительно другой, в вискомуфте появляется трение и она начинает блокироваться. Причем, чем больше разница в скоростях, тем сильнее трение внутри вискомуфты и степень её блокировки. По мере увеличения степени блокировки вискомуфты и выравнивания угловых скоростей чашки и полуоси, трение внутри вискомуфты начинает падать, что ведёт к плавному размыканию вискомуфты и отключению блокировки. Данная схема применяется для межосевых дифференциалов, так как её конструкция слишком массивна для установки на мостовой редуктор. (Схема на картинке) Подобный механизм блокировки хорошо подходит для эксплуатации в условиях плохого дорожного покрытия, однако, в условиях настоящего бездорожья его способности далеко не выдающиеся: вискомуфта не справляется с постоянными сменами состояний сцепления мостов с грунтом, запаздывает при включении, перегревается и выходит из строя. Данный тип блокировки межосевого дифференциала можно встретить на «паркетных» внедорожниках: Toyota Rav4, Lexus RX300 и.т.п.
3. Кулачковые и зубчатые автоматические блокировки.
Принцип работы этих 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 заклиниваются и блокируют полуоси друг с другом. Нетрудно себе представить, что происходит с автомобилем при срабатывании такой блокировки в повороте. Некоторые экземпляры просто отключают одну из полуосей в момент возникновения небольшой разницы скоростей. Именно поэтому, штатно такими блокировками оборудуются только дифференциалы военной и специальной техники (БТР и.т.п.) На картинках изображены (слева на право): кулачковая блокировка отечественного производства (БТР 60), Detroit Locker и Detroit E-Z Locker. (компания Tractech)
4. Самоблокирующиеся дифференциалы.
По принципу работы, самоблокирующиеся дифференциалы можно разделить на два типа: speed sensitive, то есть срабатывающих от разницы в угловых скоростях вращения полуосей, и torque sensitive – срабатывающих от разницы передаваемого на полуоси крутящего момента.
Speed sensitive differentials
Устройство таких дифференциалов довольно простое и принципиально ни чем не отличается от устройства обычного открытого дифференциала. Между полуосями и чашкой дифференциала добавлены комплекты блоков фрикционных пластин (которые помечены на картинке справа красными точками). Именно поэтому, подобные дифференциалы часто именуют "friction based LSD". Когда дифференциал пытается перераспределить крутящий момент на одну из полуосей и начинает возникать разница в угловых скоростях полуосей и чашки, пластины под действием силы трения сдерживают возникновение этой разницы. Разумеется, когда величина крутящего момента превосходит силу трения пластин, всё вращение передаётся на более легко вращаемую полуось. Такие блокировки работают в сравнительно небольшом диапазоне отношения моментов. Довольно часто, фрикционные блоки подпружинивают. Такие дифференциалы штатно устанавливаются в задний мост многих внедорожников - Toyota 4Runner (Hilux Surf), Nissan Terrano, Kia Sportage и.т.п. Американская компания ASHA Corp. пошла дальше, снабдив пакет фрикционов LSD дифференциала устройством блокировки, состоящего из насоса с поршнем (Героторный дифференциал). При возникновении разности в угловых скоростях полуоси и чашки насос нагнетает масло (жидкость) на поршень и сдавливает фрикционный блок, тем самым блокируя дифференциал. Данная конструкция получила название Gerodisk (Hydra-Lock) и штатно устанавливается на внедорожники Chrysler (на картинке слева). Практически для всех friction based дифференциалов необходимо применять специальное масло, которое содержит присадки, обеспечивающие нормальную работу фрикционных блоков.
Torque sensitive differentials
Это одна из самых интересных, эффективных, технологичных и практически применяемых форм блокировки дифференциалов. Принцип работы основан на свойстве гипоидной пары "расклиниваться" . В связи с этим, основные (или все) зацепления в таких дифференциалах гипоидные (червячные, или в простонародье - винтовые). Разновидностей конструкций не так уж и много - можно выделить три основных типа.
Первый тип производит компания . (T-1) Гипоидными парами являются шестерни ведущих полуосей и сателлиты. При этом каждая полуось имеет собственные сателлиты, которые парно связанны с сателлитами противоположной полуоси обычным прямозубым зацеплением. Следует отметить, что ось сателлита перпендикулярна полуоси. При нормальном движении и равенстве передаваемых на полуоси моментов, гипоидные пары "сателлит / ведущая шестерня" либо остановлены, либо проворачиваются, обеспечивая разницу угловых скоростей полуосей в повороте. Как только дифференциал пытается отдать момент на одну из полуосей, то гипоидную пару этой полуоси начинает расклинивать и блокировать с чашкой дифференциала, что приводит к частичной блокировке дифференциала. Данная конструкция работает в самом большом диапазоне отношений крутящего момента - от 2.5/1 до 5.0/1, то есть является самой мощной в серии. Диапазон срабатывания регулируется углом наклона зубцов червяка.
Автором второго типа является англичанин . В данном случае, оси сателлитов параллельны полуосям. Сателлиты расположены в своеобразных карманах чашки дифференциала. При этом парные сателлиты имеют не прямозубое зацепление, а образуют между собой еще одну гипоидную пару, которая расклиниваясь, так же участвует в процессе блокировки (на картинке слева). Подобное устройство имеет и дифференциал True Trac компании . Даже у нас в России появилось производство аналогичных дифференциалов под отечественные автомобили УАЗ и.т.д. А вот компания в своём дифференциале T-2 предложила немного другую компоновку по сути, того же устройства (на картинке справа). Благодаря своей необычной конструкции, парные сателлиты соединены между собой со внешней стороны солнечных шестерней. По сравнению с первым типом, эти дифференциалы имеют меньший диапазон работы блокировки, однако они более чувствительны к разнице передаваемого момента и срабатывают раньше (начиная от 1.4/1). Компания недавно выпустила мостовой torque sensitive дифференциал Electrac, снабженный принудительной электроприводной блокировкой.
Третий тип производится компанией (Т-3) и используется в основном для межосевых дифференциалов. Планетарная структура конструкции позволяет сместить номинальное распределение момента в пользу одной из осей. Например, используемый на 4Раннере 4-го поколения дифференциал Т-3 имеет номинальное распределение момента 40/60 в пользу задней оси. Соответственно, смещен и весь диапазон работы частичной блокировки: от (front/rear) 53/47 до 29/71. В целом, смещение номинального распределения момента между осями возможно в диапазоне от 65/35 до 35/65. Срабатывание частичной блокировки происходит при 20-30% разнице в передаваемых на оси моментах. Так же, подобная структура дифференциала делает его компактным, что в свою очередь, упрощает конструкцию и улучшает компоновку раздаточной коробки.
Вышеописанные torque sensitive дифференциалы очень популярны в автоспорте. Более того, многие производители устанавливают такие дифференциалы на свои модели штатно, как в качестве межосевых, так и межколёсных дифференциалов. Например, Тойота устанавливает такие дифференциалы как на легковые автомобили (Supra, Celica, Rav4, Lexus IS300, RX300 и.т.д), так и на внедорожники (4Runner (Hilux Surf), Land-Cruiser, Mega-Cruiser, Lexus GX470) и автобусы (Coaster Mini-Bus). Данные дифференциалы не требуют применения специальных присадок к маслу (в отличии от friction-based дифференциалов), однако лучше использовать качественное масло для нагруженных гипоидных передач.
5. Управление работой дифференциалов при помощи электронных систем контроля тормозных усилий (Traction Control и.т.п.)
В современном автомобилестроении применяется всё больше и больше электронных систем контроля за движением автомобиля. Уже редко можно встретить автомобили, не оснащенные системой ABS (не дающей колёсам заблокироваться при торможении). Более того, уже с конца 80-х годов прошлого века передовые производители стали комплектовать свои флагманские модели системами контроля тяги и сцепления колёс - Traction Control. Например, Тойота установила систему Traction Control на Lexus LS400 в 1989 (90) году. Принцип работы такой системы прост: универсальные (так же обслуживают ABS) датчики вращения, установленные на контролируемых колёсах, фиксируют начало пробуксовки одного колеса оси относительно другого и система автоматически притормаживает забуксовавшее колесо, тем самым увеличивая на него нагрузку и вынуждая дифференциал отдать момент на колесо с хорошим сцеплением. При сильной пробуксовке, система так же может ограничивать подачу топлива в цилиндры. Работа такой системы очень эффективна, особенно на заднеприводных автомобилях. Как правило, при желании такую систему можно принудительно деактивировать кнопкой на приборной панели. Со временем, электронная система контроля тормозных усилий совершенствовалась и к ней добавлялись всё новые функции, работающие наряду с ABS и TRAC. (например управление разностью разблокировки рулевых колёс для более успешного прохождения поворотов). У всех производителей эти функции назывались по разному, однако смысл при этом оставался одинаковым. И вот, данные системы стали устанавливаться на полноприводные автомобили и внедорожники, причем в некоторых случаях они являются единственным средством контроля тяги и перераспределения крутящего момента между осями и колёсами (Mercedes ML, BMW X5). В случае, если внедорожник оснащен более серьёзными средствами распределения крутящего момента (жесткими блокировками и/или самоблокирующимися дифференциалами), то электронная система контроля тормозных усилий очень удачно дополняет эти средства. Хороший пример тому - великолепная управляемость и проходимость последнего поколения Тойотовских внедорожников 4Runner (Hilux Surf), Prado, Lexus GX470. Являясь представителями одной платформы, они обладают межосевым дифференциалом Torsen T-3 с возможностью жесткой блокировки, а так же электронной системой контроля тормозных усилий и тяги со множеством функций, помогающих водителю управлять автомобилем.
