Cамоблокирующийся дифференциал, дифференциал Torsen и дифференциал повышенного трения LSD

При движении прямо скорости обоих приводных валов одинаковы. И скорость, и крутящий момент передаются от шестерни на ведущее колесо постоянного зубчатого колеса, прочно соединенное с клеткой дифференциала, с которой они вращаются вместе. 

Но автомобиль не всегда движется прямо, а выполняет различные маневры: поворот, перестановку, обгон и т. д. Также дорожное покрытие часто неровное, а это означает, что колеса транспортного средства, в зависимости от ситуации, в одно и то же время могут преодолевать разные расстояния.

 По этой причине, например, при прохождении поворота, если скорость колес на оси одинакова, одно из них неизбежно проскальзывает, что приводит к более быстрому износу шин. Но это еще не самое страшное. Гораздо хуже то, что у автомобиля катастрофически снижается управляемость.

Именно для решения этих проблем и был создан дифференциал — механизм, который дополнительно распределяет энергию, исходящую от двигателя, между осями транспортного средства в соответствии со значением сопротивления качению: чем оно меньше, тем выше скорость движения колеса, и наоборот.

Блокировка дифференциала

Во время нормальной работы функция дифференциала состоит в том, чтобы разделить приложенный крутящий момент на два равных больших выходных крутящих момента для левого и правого колеса, не зависимо от того, одинаковы ли скорости левого и правого колеса. 

Однако иногда бывает важно отключить дифференциал по сцеплению (сцеплению колес с дорогой). Например. если дорога скользкая из-за гололеда или грязи. Замыкание дифференциала заключается в блокировке центральных (планетарных) колес относительно обоймы, что предотвращает вращение сателлитов, а дифференциал должен вращаться как единое целое. Например, для блокировки дифференциала используется скользящая муфта, зубчатая муфта и т. Д.

Механическая блокировка дифференциала.

Конический дифференциал

Конический дифференциал имеет компенсирующие шестерни из конических шестерен с прямыми зубьями. Основная часть всего устройства состоит из клетки дифференциала, которая прикручена болтами к ведомому колесу постоянной трансмиссии — на пластинчатом колесе. 

Ось автомобиля имеет два ведущих вала. Приводной вал соединен с колесом транспортного средства одним концом, а планетарное колесо дифференциала — другим концом. Между планетарными шестернями на штифте установлены две или четыре конические шестерни — сателлиты.

Дифференциал для переднеприводных машин

Передний дифференциал состоит из прямозубых шестерен. Как и конический дифференциал, он состоит из шестерни и клетки дифференциала, прикрепленной к пластинчатому колесу. Сателлиты и центральные (планетарные) колеса имеют прямозубые шестерни. 

Однако колесная формула другая. Сателлит не входит в зацепление с обоими центральными колесами, но половина сателлита входит в зацепление с одним центральным колесом, а другая половина — с другим центральным колесом. Дифференциал имеет две пары сателлитов, повернутых друг относительно друга на 180 °. Принцип такой же, как и у конического дифференциала.

Открытый/свободный дифференциал

Свободный дифференциал — наиболее распространенный тип в современных автомобилях. Обычно он состоит из клетки с двумя свободно вращающимися коническими шестернями, которые входят в зацепление с шестернями выходных валов. 

Вся клетка приводится в движение коробкой передач. Подаваемый крутящий момент таким образом распределяется на оба выхода равными частями.

Открытый дифференциал никогда не даст одному выходу крутящего момента больше, чем другому, независимо от разницы в скорости, скольжении или нагрузке на колеса. Если сцепление одного колеса уменьшается до такой степени, что оно начинает проскальзывать, его сопротивление вращению и, следовательно, прилагаемый крутящий момент будут уменьшены. 

Однако это также приводит к немедленному снижению крутящего момента на такую ​​же величину на втором нескользящем колесе. Оба колеса тянут меньше, хотя одно переключается и поворачивается намного быстрее, но моменты и тяговые силы обоих колес остаются равными. 

Таким образом, снижение тяги одного колеса удвоится, а общая тяга автомобиля значительно упадет. Это недостаток открытого дифференциала.

Самоблокирующийся дифференциал

Свойства дифференциала определяются его механическим КПД (потери, вызванные взаимным перемещением его основных частей — шестерен). 

Обычный симметричный дифференциал с коническими или прямозубыми шестернями и прямыми зубьями имеет относительно высокий КПД и поэтому может делить крутящий момент почти в соотношении 1: 1.

Чтобы иметь возможность передавать значительно более 50% поставляемого крутящего момента в одну сторону, он должен иметь более низкий КПД (или более высокую согласованность). 

Самоблокирующиеся дифференциалы делятся на классические самоблокирующиеся дифференциалы повышенного трения (так называемые LSD), дифференциал типа Torsen и самоблокирующийся дифференциал с вязкостной муфтой.

Дифференциал ограниченного трения (LSD), самоблокирующийся дифференциал

Конструктивно каждый самоблокирующийся дифференциал (кроме Torsen) основан на стандартном коническом дифференциале. Как видно на рисунке между двумя прижимными кольцами находится вал-шестерня, сателлиты ведущей шестерни и сами центральные колеса, которые приводят в движение приводные валы. 

За каждым нажимным диском находится несколько дисков сцепления, поочередно прикрепленных к кожуху дифференциала (внешнему) и к центральному колесу (внутреннему). 

Как только сила двигателя начинает действовать на дифференциал, весь корпус дифференциала начинает вращаться, а вместе с ним и поперечный вал, установленный в канавках нажимных дисков, которые имеют треугольную форму, благодаря чему два нажимных диска раздвигаются к корпусу дифференциала. Возникающее давление действует на фрикционные ламели, которые прижимаются друг к другу. 

Это заставляет ведомые колеса постепенно блокироваться вместе в зависимости от мощности, подаваемой двигателем. Это снижает пробуксовку колес при быстром прохождении поворотов и равномерно передает мощность на колеса при ускорении. Даже при торможении LSD обеспечивает больше тяги, меньшее боковое смещение и более легкий вход в поворот.

По словам производителей, существуют разные типы дифференциалов LSD, которые обычно делятся на так называемые односторонние, частично двусторонние и двусторонние. 

Это обозначение представляет собой конструкцию (тип) канавки прижимного диска, в которой установлен поперечный вал конического редуктора дифференциала. 

Односторонний дифференциал — это конструкция, которая блокирует ведущие колеса только в одном направлении при ускорении. 

Двусторонний дифференциал, с другой стороны, блокирует ведущие колеса в обоих направлениях. При ускорении и замедлении. 

Частично двусторонний дифференциал по сути такой же, как и двусторонний, за исключением того, что степень блокировки колес при замедлении ниже, чем при ускорении. Обеспечивает большую тормозную устойчивость.

Самоблокирующийся дифференциал типа Torsen

Особенность этого дифференциала в использовании преимущества косозубой (червячной) шестерни, которая передает крутящий момент от спирали на косозубое колесо, но не наоборот. 

В дифференциале Torsen винты представляют собой планетарные шестерни, а сателлиты образуют три пары косозубых колес малого диаметра. 

Сателлиты одной пары связаны между собой прямозубыми цилиндрическими шестернями с прямыми зубьями, и каждый зацепляет одну планетарную шестерню. 

При движении по прямой и с одинаковым сцеплением колес дифференциал вращается как единое целое, скорости сепаратора и обеих планетарных шестерен одинаковы, и на каждое колесо передается одинаковый крутящий момент. 

Обратите внимание на то, что червячные сателлиты соединены прямозубыми шестернями и в случае блокировки одного- блокируется второй. таким образом, если колесо начинает вращаться быстрее, то вся система блокируется и крутится одновременно.

Из-за эффекта зажима увеличивается доля крутящего момента на колесо с лучшим сцеплением. При этом даже на крутых поворотах это не ограничивает балансирующее действие дифференциала, и оба колеса вращаются (катятся) по дороге со скоростью, соответствующей их траектории. 

Если сцепление одного колеса ухудшается (например, из-за меньшей нагрузки или скользкости), оно не может перевернуться, потому что невозможно передать вращательное движение от сателлитов на планетарное колесо, как в случае прямозубого или конического дифференциала. 

Механический КПД дифференциала зависит от геометрии червячной передачи. Конструкция Torsen используется также и в межосевом дифференциале.

Самоблокирующийся дифференциал с фрикционной муфтой

Самоблокирующийся дифференциал с многодисковой муфтой имеет зажимной эффект до 35%, что означает, что он увеличивает на это значение долю крутящего момента (ведущего), приходящуюся на нескользящее колесо той же оси. 

Функцию блокировки дифференциала выполняет многодисковая муфта. Это многодисковое сцепление, в котором один набор дисков (внешний) соединен с кожухом дифференциала, а другой набор (внутренний) соединен с центральным колесом. 

Если планки прижаты друг к другу, два вала прочно соединяются, и дифференциал закрывается. Рейки гидравлически прижимаются друг к другу. Если сцепление на одной из осей потеряно, валы вращаются относительно друг друга, давление в гидравлическом контуре увеличивается за счет сжатия ламелей по направлению друг к другу, и, таким образом, дифференциал частично или полностью блокируется. Давление создается осевым насосом.

Межосевой дифференциал

Межосевой дифференциал используется в полноприводных автомобилях. У этих автомобилей еще и по два дифференциала на каждой оси. Привод второй оси может быть включен вручную или быть постоянным.

Форма межосевого дифференциала асимметрична, чтобы отношение передаваемых моментов делилось на отношение осевых нагрузок. 

Повышение согласованности межколесных дифференциалов осей решается несколькими способами. Помимо винтового ( Torsen ) дифференциала, используется уже упомянутый выше дифференциал с вязкостной муфтой или комбинация вязкой муфты с гидравлическим торможением — также используется муфта Haldex .

Сцепление Haldex оснащено электронной системой, которая помогает ускорить его работу. Это не дифференциал в полном смысле этого слова, а муфта, которая из-за разницы в скорости вращения колес передней и задней осей соединяет привод задней оси с постоянным приводом передней оси.

Как работает дифференциал с повышенным внутренним сопротивлением (ДПВС)? — Видео