Устройство и принцип работы межосевого дифференциала

Основные типы дифференциалов

По месту расположения дифференциалы подразделяют на:

• межколесные (распределяющие вращающий момент между ведущими колесами одной оси)
• межосевые (распределяющие момент между главными передачами двух ведущих мостов)
• центральные (распределяющие момент между группой ведущих мостов)

По соотношению вращающих моментов на ведомых валах дифференциалы могут быть:

• симметричными (моменты на ведомых валах всегда равны между собой)
• несимметричные (отношение моментов на ведомых валах не равно единице)

Различают также дифференциалы:

• неблокируемые
• блокируемые принудительно
• самоблокирующиеся

По конструкции дифференциалы подразделяют на:

• конические
• цилиндрические
• кулачковые
• червячные

В некоторых случаях вместо дифференциалов устанавливают механизмы типа муфт свободного хода.

В настоящее время на колесных ТС наиболее широкое распространение получили конические симметричные неблокируемые дифференциалы.

diff

Благодаря самоблокирующемуся дифференциалу «Калина» проходит переставку почти на 2 км/ч быстрее (95,6 против 93,8 км/ч). В сравнении с поведением машин в штатном исполнении, меньше углы поворота руля и запаздывания, при выполнении маневра почти не происходит занос и не возникают последующие колебания. Благодаря самоблокирующемуся дифференциалу «Калина» проходит переставку почти на 2 км/ч быстрее (95,6 против 93,8 км/ч). В сравнении с поведением машин в штатном исполнении, меньше углы поворота руля и запаздывания, при выполнении маневра почти не происходит занос и не возникают последующие колебания.

В экстремальных ситуациях вазовский малыш становится еще более непослушным и хуже прогнозируемым. Первые круги на закрытой трассе удается ехать быстрее, успевая компенсировать возникающие стихийные скольжения то передней осью, то задней — очень резкий занос, а иногда, наоборот, довольно продолжительный снос. Приходится интенсивнее, чем на «Калине» со свободным дифференциалом, работать рулем и газом. Однако, несмотря на то что ошибок больше и траектории далеки от оптимальных, время на круге лучше.

Жесткая блокировка

Основная особенность жесткого типа блокировки заключается в том, что после задействования она распределяет момент между осями поровну. То есть, ведущий мост начинает работать как будто дифференциала в его конструкции вовсе нет.

Самым простым конструктивным исполнением полной блокировки является создание жесткой связи между корпусом дифференциала, закрепленного на ведомой шестерне главной передачи, и одной из полуосей. В результате такой связи дифференциал теряет возможность распределения вращения и передачи его только на одно колесо.

Простейшее конструктивное исполнение полной блокировки сводится к посадке на шлицы полуоси дополнительной муфты с механизмом управления. На этой муфте, а также на корпусе дифференциала проделаны зубья, которыми осуществляется зацепление этих элементов.

Для блокировки достаточно лишь ввести в зацепление муфту с корпусом и полуось получается жестко связанной с главной передачей.

Механическая блокировка

Полная блокировка используется как на межколесных, так и межосевых дифференциалах внедорожников и имеет исключительно принудительное ручное включение. При этом нередко этот механизм на переднем мосту не используется, чтобы не влиять на управляемость авто.

Принцип работы механизмов полной блокировки идентичен для всех вариантов, отличия заключаются лишь в конструктивном исполнении. А вот приводы их могут быть разными:

• механический;
• гидравлический;
• пневматический;
• электрический.

При этом все виды приводов выполняют одну задачу – вводят в зацепление муфту с корпусом.

Механический тип привода представлен в виде системы тяг и рычагов, гидравлический — двумя цилиндрами (главным и рабочим), соединенных между собой трубопроводной магистралью, пневматический – пневмоцилиндром с рабочей камерой, электрический – электродвигателем.

Достоинством жесткой блокировки является обеспечение высокой проходимости авто, поскольку при любых условиях колеса всегда двигаются с одной скоростью.

Но есть и недостатки:

• Повышенная нагрузка на трансмиссию;
• Невозможность движения по дорогам с твердым покрытием;
• Не допускаются высокие скорости передвижения;
• Ручное управление.

Несмотря на это многие любители полноценных внедорожников предпочитают именно этот тип блокировки.

Вискомуфта, ее строение и механизм действия

Крепление вискомуфты производится одним приводом к чашке дифференциала, в то время как второй его конец прикрепляется к полуоси авто. Когда автомобиль находится в обычном режиме движения, чашка и полуось вращаются с одинаковыми угловыми скоростями. Данные показатели могут лишь незначительно отличаться между собой при прохождении поворотов. То есть и сами рабочие плоскости вискомуфты в это время имеют минимальный процент расхождения, и сама она находится в раскрытом виде. Если же на какую-либо из осей автомобиля передается большее значение крутящего момента, в результате чего скорость ее вращения значительно превышает аналогичный показатель других осей, в вискомуфте возникает трение, из-за чего происходит ее блокировка.

Получается, что, чем больше отличаются друг от друга угловые скорости вращения осей авто, тем больше трения возникает в вискомуфте и тем сильнее становится степень ее блокировки. В свою очередь, после их выравнивания, трение постепенно снижается, что приводит к плавному размыканию вискомуфты и отключению блокировки.

Данный межосевой блокируемый дифференциал наиболее хорошо показывает себя при использовании автомобиля на покрытии низкого качества, однако в условиях настоящего бездорожья он показывает себя не самым лучшим способом. Дело в том, что вискомуфта просто не в состоянии справиться с быстрыми и частыми сменами состояния сцепления мостов авто с грунтом, из-за чего она перегревается и выходит из строя.

Вискомуфта (вязкостная муфта)

Как уже было описано выше, вискомуфта, это наборы фрикционных дисков, которые связаны с корпусом и с одной полуосью, вращаются на близком расстоянии друг от друга и заключены в герметичном корпусе, наполненном силиконовой жидкостью.

При вращении с разными скоростями, диски разгоняют жидкость, нагревая её, при этом повышается её вязкость и диски сжимаются приводя в действие свойства дифференциала, он блокируется.

Скорости выравниваются, жидкость восстанавливает свои свойства, диски начинают вращаться с равными скоростями.

Процесс этот происходит постоянно в зависимости от дорожных условий.

Вискомуфта устанавливается в межосевом пространстве трансмиссии и по сути, автомобиль не всегда бывает полноприводным, а только при необходимости.

Конструкционно вискомуфта применяется в работе как вместе с дифференциалом, так и самостоятельно.

Вискомуфта довольно инерционна, такова её конструкция и при бездорожье имеет место её перегрев, поэтому её все меньше применяют в автомобилестроении.

Механизмы частичной блокировки

Частичная блокировка отличается тем, что перераспределение момента выполняется в соотношении, меняющемся от условий движения. То есть, такой механизм при потере сцепления одного из колес лишь частично его замедляет, «перебрасывая» момент на другое колесо.

Механизмы частичной блокировки могут работать как в полностью автоматическом режиме (так называемые самоблокирующиеся дифференциалы), так и с принудительным включением.

К этому типу блокировки относятся различные виды муфт:

• Повышенного трения;
• Вискомуфты;
• Электромагнитные.

Все эти муфты построены по одному принципу. Основными их рабочими элементами являются пакеты дисков. Одна часть этого пакета жестко связана с полуосью, а вторая – с корпусом дифференциала. Диски обоих пакетов чередуются между собой.

Принцип работы рассмотрим на примере муфты повышенного трения. В таком узле фрикционные диски прижаты друг к другу с определенным усилием, в одних за счет пружин, а в других за счет нажимных колец с пружинами в центре. При движении на ровном участке фрикционные пакеты вращаются с одной скоростью, поскольку моменты по колесам распределяются равномерно. Но как только одно из колес теряет сопротивление, один фрикционный пакет начинает вращаться быстрее второго. Поскольку полуосевые шестерни конусные дополнительно возникает осевая сила смещения, которая стремится их развести. А так как диски прижаты друг к другу, возникающая сила трения «притормаживает» полуось, перебрасывая момент на второе колесо.

Дифференциал повышенного трения

В вискомуфте диски механизма не контактируют между собой, но пространство между ними заполнено специальной жидкостью, у которой при перемешивании возрастает вязкость, вплоть до полного затвердевания. Несмотря на конструктивные отличия принцип действия вискомуфты не отличается от узла повышенного трения. То есть, пока нет разницы в скоростях вращения пакетов, муфта является разблокированной. А как только один из пакетов дисков начинается крутиться быстрее, вязкость жидкости возрастает, «притормаживая» ускорившийся пакет дисков, тем самым меняется распределение момента по осям.

И виско-, и муфта повышенного трения являются самоблокирующимися. А вот электромагнитная муфта может быть, как автоматической, так и с ручным управлением. Конструктивно она схожа с узлом повышенного трения, но в ней прижатие пакетов дисков осуществляется за счет магнитов. В ручном варианте при включении блокировки в муфте создается электромагнитное поле, сжимающее пакеты между собой.

Муфта повышенного трения может устанавливаться как на межколесном, так и межосевом дифференциалах в системах постоянного полного привода. Вискомуфта из-за значительных габаритов используется только между осями, а в конструкции ведущих мостов не применяется.

Электромагнитная муфта может устанавливаться как на ведущих осях, так и в качестве межосевого дифференциала системы привода с ручным и электронным управлением, поскольку позволяет делать все колеса ведущими только при надобности.

Отдельно в качестве частичной блокировки стоит упомянуть червячные автоматические дифференциалы, ярким представителем которых являются узлы Torsen. Его особенность заключается в использовании червячных шестерен в конструкции дифференциала. В червячных передачах при определенных условиях появляется эффект «расклинивания», который и использовали при создании планетарного редуктора Torsen.

У всех механизмов частичной блокировки есть один существенный недостаток – они не способы работать длительный срок с повышенной нагрузкой. Поэтому не стоит пытаться преодолеть серьезное бездорожье с ними, поскольку это приведет к поломке узлов. Частичные блокировки по большей части устанавливаются на кроссоверы.

Схема работы

При прямолинейном перемещении, электронная имитация блокировки межколесного дифференциала характеризуется равным рассредоточением нагрузки между колесами транспортного средства. При этом наблюдается идентичная угловая скорость, а корпусные сателлиты не вращаются вокруг собственных осей. Они трансформируют момент кручения на полуоси при помощи статичного зубчатого зацепа и ведомой шестеренки основной передачи.

На поворотах автомобиль испытывает переменчивое воздействие усилий сопротивления и нагрузки. Параметры распределяются следующим образом:

1. Внутреннее колесо меньшего радиуса получает увеличенное сопротивление, по сравнению с наружным аналогом. Повышенный показатель нагрузки обуславливает снижение скорости вращения.
2. Внешнее колесо перемещается по большей траектории. При этом увеличение угловой скорости способствует плавному повороту машины, без буксования.
3. С учетом указанных факторов, колеса должны обладать различными угловыми скоростями. Сателлиты внутреннего элемента замедляют вращение полуосей. Те же, в свою очередь, через конический зубчатый элемент, повышают интенсивность работы внешнего аналога. При этом момент кручения от основной передачи остается стабильным.

Использование

Начинающие водители могут столкнуться с проблемами использования систем. Существует множество вопросов о том, как включить блокировку на «Ниве». Иногда механизм просто не включится с первого раза. Этим грешат даже полностью исправные системы. Почему так случается? Все дело в том, что работа с этим механизмом требует от водителя определенных знаний и навыков. В целом включение передачи и блокировки – это один процесс. Механизмы же отличаются категорически.

Если автомобиль стоит, а водитель пытается заблокировать дифференциал, это ни к чему не приведет. Пазы и зубья блокирующей муфты не совпадают в момент стоянки. В этом случае зубья муфты могут быть расположены напротив элементов венца. Муфта просто не провернется. Если удалось запустить блокировку на стоящей машине, то случиться это может только по счастливой случайности.

Чтобы включить передачу, необходимо использовать сцепление. Без этого действия система не заработает. Даже легкое нажатие на сцепление приведет к тому, что зуб вала войдет в свой паз. Блокировка имеет другой механизм. Здесь присутствует муфта и выходной вал. Последний оснащен специальным зубчатым венцом. И оба элемента тесно связаны между собой при помощи сателлитов.

Чтобы осуществить включение блокировки на «Ниве», первым делом прогревают мотор, включают первую передачу и начинают движение. Езда по прямой и на твердой поверхности дороги не позволит включить блокировку. Почему так? Это происходит из-за того, что и задние, и передние колеса преодолевают одинаковое расстояние.

Для включения системы блокировки колес необходимо ехать на небольшой скорости и совершать маневры вправо или влево. Также следует нажать на рукоятку, которая отвечает за включение блокировки на «Ниве». Задние и передние колеса проделают разный путь, а зуб сможет войти в свой паз. Только так можно включить систему. Принцип этого процесса одинаков вне зависимости от того, какая блокировка на «Ниве» установлена и используется в данный момент.

Блокировки дифференциалов для «УАЗов», которые серийно производятся:

1. Кулачковая нижегородского производства (самая популярная) Рис.162. Винтовая системы Torsen Рис.173. Принудительная «Спрут» с пневмоприводом Рис.18 Рис.194. Принудительная (жесткая, муфтовая с храповым зацеплением)Полная принудительная блокировка В принудительных блокировках блокирование дифференциала происходит за счет жесткого соединения одной чаши дифференциала с полуосью при помощи механического либо гидравлического механизма включения. В настоящее время данный тип блокировок производится исключительно для а/м семейства УАЗ, но при необходимости есть все возможности для разработки и производства подобных блокировок на автомобиль любой марки.Механическая блокировка — блокированием посредством рычага и тросиков чаши дифференциала с одной из полуосей. Механизм включения установлен на чулке моста. В общем виде комплект показан на рисунке. Рис.20Гидравлическая блокировка — с использованием главного и рабочего гидроцилиндров. В качестве рабочей жидкости используется тормозная жидкость Инструкция по эксплуатации жесткой принудительной блокировки с механическим или гидравлическим приводом включения на любые мосты УАЗ: 

Жесткая блокировка дифференциала переднего и/или заднего мостов предназначена для использования только в случае буксования колес при движении по бездорожью, когда недостаточно подключения переднего моста. После включения необходимо проехать несколько метров для входа в зацепления шлицов подвижной муфты и дифференциала. Не производить включение блокировки при буксовании одного из колес, т. к. это может привести к повреждению системы блокировки. Примечание: не используйте жесткую блокировку в других дорожных условиях, при этом потребуется большее усилие для управление автомобилем особенно при выполнение поворотов, в этом случае в трансмиссии возникнет циркулирующий момент, который может привести к выходу из строя деталей моста (полуось, подвижная муфта блокировки, корпус дифференциала). Не рекомендуется двигаться с включенной блокировкой со скоростью более 10 км/ч. 
После преодоления сложного участка блокировку необходимо выключить

Для облегчения разблокировки слегка поверните рулевое колесо влево и вправо во время движения автомобиля. 
Категорически запрещается движение с включенной блокировкой по дорожному полотну с высоким коэффициентом сцепления (асфальтовое покрытие, плотная сухая глинистая дорога). 
При использовании нестандартных колес (33-38 дюймов) эксплуатировать жесткую блокировку необходимо с повышенной осторожностью, т. к

использование колес большего диаметра приводит к большим нагрузкам и как следствие к возникновению риску выхода из строя деталей трансмиссии.

5. Лок-райт от Иж-Техно (Блокка) Краткая хар-ка блокировки: очень узкое применение. ВАЖНАЯ ОСОБЕННОСТЬ в том, что ДИФФЕРЕНЦИАЛ практически ПОСТОЯННО ЗАБЛОКИРОВАН. Т.е. при движении на прямой Лок-райт замкнут, и размыкается лишь в поворотах, когда возникает разница в моменте вращения колес. Однако, на скользком покрытии (мокрый, обледенелый асфальт, грунтовка, грейдер) может возникнуть пробуксовка колес, достаточной разницы в моменте вращения колес не возникнет и Блокка останется заблокированной! Т.е. не рекомендуется установка блокировки Блокка (Лок-райт) на УАЗ, который ездит в основном по обычным дорогам. Чем больше разница угловых скоростей колес, тем щелчки громче и чаще.

В условиях дождя, гололеда и т. п

ухудшается управляемость машины
Необходимо проявлять внимание и осторожность при вхождении в повороты
Повышенный износ шин на дорогах с твердым покрытием.
При вхождении в поворот блокировка издает щелчки при срабатывании обгонной муфты.

Итак: Блокка прекрасно ведет себя на бездорожье, проста и надежна. Но это устройство будет выполнять функции дифференциала, только когда на колесо будет воздействовать внешняя сила, позволяющая вращать колесо быстрее, чем вращается остальная часть трансмиссии. На скользких поверхностях, где одно из колес, как правило, имеет худшее сцепление с поверхностью и буксует — Блокка останется заблокированной и будет передавать момент на оба колеса оси. На поворотах обязательно нужно скидывать газ, проходить их накатом, только в этом случае Блокка разблокируется. Слушайте щелчки — это признак разблокировки и вращения колес с разной скоростью. Ресурс и использование ограничены. Только для грязи.6. ДАК (дифференциал автоматический Красикова) Рис.21 Рис.22 Пожалуйста, выбирайте, то что Вам больше всего подходит, заказывайте, приезжайте на установку. Если необходима консультация звоните (см.контакты).

Система «Спрут»

Этот вариант считается наиболее оптимальным, если требуется преодолевать препятствия. С помощью такой системы создается полный контроль над движением транспортного средства. Цена на такую модель колеблется от пятисот до шестисот долларов. Блокировка винтовая, имеет длительный период эксплуатации, отлично ведет себя на обледеневшей дороге. Но эффективность ее может упасть, если хоть над одним колесом потеряно управление

Специалисты рекомендуют проявлять повышенную осторожность, эксплуатируя жесткий вид блокировки на колесах нестандартных диаметров, потому что это приводит к увеличению нагрузки и создает вероятность выходя из строя трансмиссии. Чтобы максимально продлить срок службы, необходимо при движении с включенной системой соблюдать скоростной режим, не превышающий десяти километров в час

Плюсы и минусы самоблокирующегося дифференциала

Как и, любое устройство, самоблок имеет свои преимущества и недостатки.

Плюсы:

• повышение проходимость и управляемости автомобиля;
• автоматизация всего процесса;
• улучшение динамики при разгоне;
• устранение, хоть и частичное, пробуксовки одного из колес.

Минусы:

главный недостаток в том, что часто механизм включает блокировку тогда когда это не нужно, что может ухудшить управляемость авто.

Подводя итог, нужно подчеркнуть важность блокировки дифференциала. В сложных дорожных ситуациях она просто необходима для обеспечения высокого уровня безопасности и управляемости

И жизненно важна, для прохождения сложных трасс, горных местностей, размытого бездорожья. А способность самоблокирующегося дифференциала к полной автоматизации всех процессов еще и поднимает уровень комфорта автовладельца.

Предназначение межосевого дифференциала

Межосевой дифференциал предназначен для распределения крутящего момента между ведущими осями автомобиля и дает им возможность вращаться с разными угловыми скоростями. Такая потребность вызвана простым условием движения транспорта по неровным поверхностям, когда собственная масса конструкции давит на ось, находящуюся в более низком положении. Так, при езде под горку значительная часть момента подается на задние колеса. И, наоборот, в случае спуска.

Устройство межосевого дифференциала устанавливается, как правило, в раздаточной коробке автомобиля. Межосевой дифференциал может быть симметричным и несимметричным. Первый распределяет крутящий момент между осями поровну, а второй – в определенном соотношении.

Кроме того, существует межосевой дифференциал без механизма блокировки, который позволяет осям вращаться с различной скоростью, а также дифференциал самоблокируемый либо с механизмом ручной блокировки, который принудительно распределяет вращающий момент между приводными полуосями в зависимости от дорожных условий. При этом принудительная блокировка межосевого дифференциала подразумевает полное или частичное выключение дифференциала, обеспечивающее жесткое соединение передней и задней полуосей между собой.

Чаще всего для полной реализации полноприводных возможностей автомобиля применяется самоблокируемый дифференциал, который может иметь три вида конструкций и разные принципы работы соответственно.

Описание

Дифференциал предназначен для распределения крутящего момента от карданного вала к ведущим колесным мостам спереди или сзади, в зависимости от разновидности привода. В результате межколесный дифференциал дает возможность проворачиваться каждому колесу без пробуксовки. В этом и заключается прямое назначение механизма.

При прямолинейном перемещении транспорта, когда нагрузка на колеса равномерная с идентичными угловыми скоростями, рассматриваемый агрегат функционирует в роли передаточного отсека. В случае изменения условий движения (буксование, разворот, поворот) нагрузочный показатель изменяется. Полуоси стремятся вращаться с разными скоростными параметрами, возникает необходимость распределение крутящего момента между ними в определенном соотношении. На этом этапе межколесный дифференциал начинает выполнять свою основную функцию – гарантирование безопасности маневров транспортного средства.

Назначение узлов раздаточной коробки

Межосевой дифференциал

Данный узел позволяет распределить межосевой крутящий момент и дает приводным валам вращаться на разных угловых скоростях

Это особенно важно при движении в поворотах, поскольку колеса проходят разное расстояние и, следовательно, должны вращаться с разной скоростью. Если раздаточная коробка не оснащена таким узлом, обеспечить колесам возможность вращаться с разными скоростями можно только путем отключения одной оси

Механизм блокировки межосевого дифференциала

Чтобы автомобиль мог полноценно реализовать свои внедорожные возможности, межосевой дифференциал оснащают блокирующим механизмом, назначение которого в том, чтобы принудительно заставить колеса обеих осей вращаться с одинаковой скоростью. Блокирование может происходить либо принудительно, либо вручную, в зависимости от типа механизма.
В настоящее время используются следующие виды блокировок:

• дифференциал самоблокирующийсяTorsen;
• фрикционная многодисковая муфта;
• вязкостная муфта (вискомуфта).

Первыми двумя механизмами оснащается раздаточная коробка кроссоверов в силу недостатков, описанных ниже.

Вискомуфта

Это наиболее простое устройство, позволяющее автоматически заблокировать межосевой дифференциал. Принцип ее работы следующий: внутри нее находятся перфорированные диски, погруженные в силиконовую жидкость, часть дисков соединена с корпусом, а остальные со ступицей; во время пробуксовки колес одной из осей одни диски начинают вращаться быстрее других, силиконовая жидкость разогревается и густеет, как бы склеивая ступицу с корпусом.

с системой ABS

Самоблокирующийся дифференциал Torsen

Это конструкция, состоящая из набора червячных шестерен – ведущих и ведомых. Принцип работы данного устройства следующий: пока все колеса хорошо «держат» дорогу, дифференциал раздает крутящий момент осям поровну. Как только одна из осей пробуксовывает, момент, благодаря силам трения в червячной передаче, перебрасывается на другую ось, соотношение усилий может доходить до 20:80. Основной минус такого решения – ограничения по прочности конструкции. По этой причине Torsen не устанавливается на внедорожниках, его удел – кроссоверы.

Многодисковая фрикционная муфта

Это набор фрикционных дисков, имеющих контролируемую степень сжатия. Такая муфта позволяет распределять между осями крутящий момент в зависимости от условий местности. В обычных условиях момент делится поровну. Во время пробуксовки одной из осей диски муфты сжимаются, дифференциал полностью или частично блокируется. Для обеспечения работы муфта может оснащаться электрическим или гидравлическим приводом и электронной системой управления. Еще межосевой дифференциал можно заблокировать вручную посредством механического, пневматического, гидравлического или электрического привода. Многие автомобили имеют возможность блокировки дифференциала, как в автоматическом, так и в ручном режиме.

Назначение данного узла заключается в передаче крутящего момента приводному валу передней оси автомобиля для обеспечения работы полного привода. Она состоит из пары зубчатых колес (ведущее и ведомое) и приводной цепи. Помимо передачи цепной, в раздаточной коробке может применяться зубчатая, состоящая из цилиндрических шестерен.