Блокування диференціала: види, будову та принцип роботи

Блокування диференціала — це додаткове конструктивне рішення, що дозволяє компенсувати його основні недоліки. Якщо на сухій рівній дорогебеспечівает безпечне маневрування і комфорт, то при виїзді на пересічену місцевість або під час руху по слизькому дорожньому покриттю він може взагалі позбавити автомобіль можливості пересуватися. Щоб цього не відбувалося, необхідно обмежити функціональність вузла або повністю відключити його на деякий час. Але методи блокування диференціала настільки різноманітні, що потрібно розглянути основні з них окремо.

Головний недолік диференціала

Розподіл крутного моменту диференціалом

Диференціал служить для розподілу крутного моменту, що надходить від головної передачі, між півосями провідних коліс. Крутний момент постійний, але співвідношення його величини на провідних колесах в певних ситуаціях має бути різним.

Ця функція важлива, коли автомобіль входить в поворот: зовнішнє колесо рухається по більшому радіусу і, відповідно, проходить за рівний проміжок часу більший шлях, ніж внутрішнє колесо. Щоб «встигнути» це зробити, кутова швидкість зовнішнього колеса на час проходження повороту повинна підвищуватися.

Через зміну напрямку руху центр ваги автомобіля зміщується в бік повороту. В результаті збільшується сила опору коченню, і внутрішнє колесо виявляється під більшим навантаженням, ніж зовнішнє. Воно знижує швидкість, додатково навантажуючи свою піввісь.

На цьому етапі в корпусі диференціала через зниження кутової швидкості більш навантаженої піввісь внутрішнього колеса починають обертатися сателіти. Вони повідомляють більший крутний момент другий півосі. Зовнішнє колесо підвищує кутову швидкість пропорційно тому, наскільки її знизило внутрішнє колесо. Завдяки точному співвідношенню кутових швидкостей машина проходить поворот плавно, без стрибків і пробуксовки.

Той же принцип розподілу крутного моменту діє в ситуації, коли одне з коліс буксує в багнюці, на льоду або потрапляє на вибій. Воно отримує більший крутний момент, послаблюючи тягову потужність колеса, що знаходиться в хорошому зчепленні з дорогою. Критична ситуація може виникнути при розподілі в процентному співвідношенні 0% до 100%: автомобіль перестане рухатися.

Щоб машина зрушила з місця, необхідно перерозподілити крутний момент, повідомивши більше його значення навантаженому колесу. При працюючому диференціалі зробити це неможливо. Тому його частково або повністю блокують.

типи блокування

Блокувати роботу механізму можна методом прямого з’єднання його корпусу з навантаженої полуосью або обмеживши можливість сателітів обертатися.

Блокування має наступні види:

  1. Повна: величина переданого крутного моменту досягає 100%. Деталі вузла з’єднуються жорстко, позбавляючи його можливості виконувати свої функції.
  2. Часткова: крутний момент в певному співвідношенні розподіляється диференціалом примусово і за рахунок обмеження роботи його складових частин.

Ручна блокування диференціала повнопривідного автомобіля

Залежно від ступеня участі водія, блокування диференціала може проводитися в ручному або автоматичному режимі:

  1. Примусове блокування виконує водій в міру необхідності (ручна блокування). Для цього використовують кулачковий диференціал.
  2. Диференціал накладає обмеження на роботу автоматично (автоматичне блокування). Необхідність блокування і її ступінь визначаються різницею моментів, що крутять на півосях ведучих коліс або їх кутових швидкостей. Деякі різновиди таких систем використовують датчик блокування диференціала.

Види блокуючих пристроїв

Пристрій блокування вузла залежить від його типу і застосовуваного механізму. Різний функціонал накладає обмеження і визначає можливість використання в міжколісних або міжосьових диференціалах.

Кулачкове блокуючий пристрій

Кулачкова муфта блокування диференціала

Примусове блокування ручним способом здійснюється кулачковою муфтою (на рис. Виділена жовтої окружністю). Муфта виконує повне блокування механізму, жорстко поєднуючи його корпус з навантаженої полуосью.

Кулачковий диференціал пускають у хід такі види приводів:

  1. механічний;
  2. гідравлічний;
  3. пневматичний;
  4. електричний.

Вони включаються за допомогою важільного механізму або спеціальної кнопки на приладовій панелі (для електроприводу).

Завдяки універсальності кулачко
вий диференціал застосовують на міжосьових межколесних механізмів.

Диференціал і його різновиди

Пристрій самоблокується (автоматичного) диференціала використовує принцип підвищення сил тертя при зміні умов навантаження на півосі ведучих коліс. Тому його інша назва — «диференціал підвищеного тертя» або LSD (Limited Slip Differential).

Черв’ячний диференціал підвищеного тертя Torsen

Диференціал має чотири основні різновиди, що залежать від способу збільшення тертя:

  1. дисковий;
  2. черв’ячний;
  3. вискомуфта;
  4. електронне блокування.

дисковий механізм

Диференціал підвищеного тертя, в якому застосовується дискова муфта, використовує принцип автоматичного блокування при зміні кутових швидкостей півосей: чим більше їх різниця, тим вище ступінь перерозподілу крутного моменту.

дисковий диференціал

У LSD цього виду тертя створюється між пакетами фрикційних дисків. Один фрикційний пакет має жорстке з’єднання з чашкою диференціала, інші — з півосями.

При рівних швидкостях обертання ведучих коліс фрикційні пакети обертаються з однаковою швидкістю. Коли кутова швидкість змінюється, диски прискорюється піввісь передають частину крутного моменту на іншу піввісь (часткове блокування) за рахунок дедалі більшого сили тертя з фрикційним пакетом корпусу (чашки).

Ступінь стиснення в дисковому диференціалі буває постійна (здійснювана пружинами) або змінна (регульована гідроприводом).

черв’ячний механізм

Сателіти і піввісь, мають як привід червячную передачу, знайшли широке застосування для створення LSD, який блокується за рахунок різниці крутних моментів.

Така система LSD з черв’ячним приводом називається Torque Sensing (чутливість до крутного моменту) або скорочено — Torsen. Принцип роботи черв’ячного механізму гранично простий: підвищення крутного моменту на одній півосі призводить до часткової блокування і його передачі на іншу піввісь. При цьому ніяких додаткових систем або вузлів не потрібно: черв’ячний вузол є спочатку самоблокирующимся за рахунок властивостей приводу, в якому червячную шестерню не можуть приводити в рух інші шестерні.

Черв’ячний привід використовують в міжколісних і міжосьових диференціалах різних типів машин.

вискомуфта

Вискомуфта складається з набору близько розміщених між собою перфорованих дисків, поміщених в герметичний корпус з силіконовою рідиною, які з’єднані з чашкою і приводним валом.

вискомуфта

У разі рівного розподілу кутових швидкостей вузол працює в звичайному режимі. Його блокування відбувається, коли швидкість обертання валу збільшується: диски, розташовані на ньому, збільшують швидкість обертання і, перемішуючи силікон, призводять до його затвердіння. Диски чашки приймають і передають крутний момент на інший вал, посилюючи його тягову потужність.

LSD, блокування в якому виконує вискомуфта, має великі габаритні розміри і застосовується в міжосьових диференціалах. Також вискомуфта може працювати в повноприводному автомобілі в якості диференціала, повністю виконуючи його функціонал.

Але у неї є серйозний недолік: можливий перегрів і періодична несумісність з системою ABS. Це призвело до того, що в сучасних автомобілях вискомуфта використовується вкрай рідко.

Електронне блокування

Диференціал підвищеного тертя, в якому використовується система електронного блокування, реагує на зміну кутових швидкостей ведучих коліс.

Управління диференціалом проводиться за допомогою програмного забезпечення. У разі збільшення швидкості обертання одного колеса в гальмівній системі створюється тиск, і його швидкість знижується. При цьому тягова потужність стає вище, а крутний момент передається на інше колесо.

Таким чином, диференціал не оснащуються додатковими елементами і не блокується, тобто не є LSD по суті. Перерозподіл крутного моменту і вирівнювання кутових швидкостей проводиться під дією гальмівної системи, яка програмно управляється антипробуксовочною системою.

Підведемо підсумок

Блокування диференціала — важлива функція, що забезпечує безпеку руху і поліпшує керованість автомобіля в критичних ситуаціях. Можливість автоматично заблокувати колесо, що буксує або вісь звільняє водія від додаткових дій при зміні дорожнього покриття.