Что такое дифференциал и зачем он нужен АВТОМИР

Тестируем блокировки дифференциалов для «УАЗов» — Журнал «4х4 Club»

И немедленно появляется проблема выбора. Чтобы решить ее, мы провели небольшой тест совместно со специалистами Ульяновского авторемонтного завода. Целью теста было просто понять, какая блокировка как работает и для каких режимов эксплуатации подходит лучше.

Для испытаний мы взяли четыре блокировки: винтовую системы Torsen (о ней мы уже не раз писали в нашем журнале), не менее известную кулачковую нижегородского производства, ставшую, пожалуй, самой популярной среди «уазоводов», принудительную «Спрут» с пневмоприводом и новомодный ДАК (дифференциал автоматический Красикова), о котором последнее время ходила масса слухов, но в глаза почти никто не видел. Тем более интересно было все это подержать в руках и посмотреть, как оно работает.

Стенд, на котором мы проверяли работу блокировок, выполнен следующим образом. Задний мост от «УАЗа» смонтирован на верстаке, его редуктор крутит большой электромотор. Вместо колес на барабаны одеты шкивы, каждый из которых с помощью ременной тяги соединен со своим электромотором. Включаем главный мотор – начинают вращаться шкивы-колеса. Подаем электричество на мотор, управляющий шкивом, – имитируем торможение одного колеса. Обычный дифференциал без блокировки начинает в таком случае крутить второе, свободное колесо в два раза быстрее. Что будет, если в мост установить блокировку?

КУЛАЧКОВАЯ ИЛЛЮЗИЯ
Первой мы решили испытать кулачковую блокировку. Которая на самом деле вовсе не блокировка, а дифференциал повышенного трения. Что и подтвердили испытания: при торможении одного колеса второе продолжало крутиться, а колесо, которое мы затормаживали, почти сразу полностью остановилось. Измерения показали, что усилие на нем возросло на 3.06 кг•м. Что это означает на практике? Если вывесить машину на диагональ или провалиться одним колесом в скользкую лужу (или снег, лед), автомобиль будет беспомощно буксовать – колесом, которое на скользкой поверхности или вывешено. Второе колесо, имеющее хорошее зацепление, будет в лучшем случае подергиваться. Поможет такая «блокировка» только в том случае, если разница в зацеплении небольшая и машина имеет некоторый запас хода – вы и не узнаете, что могли застрять там, где проехали, если бы в мостах вашего «УАЗа» стояли обычные дифференциалы.

ВИНТОВАЯ НАДЕЖДА
Винтовые дифференциалы повышенного трения известны давно. Производят их для «УАЗа» разные производители. Я сам такими пользовался целый спортивный сезон. Тем интереснее было сравнить с кулачковой блокировкой. Результат получился практически одинаковым: момент на тормозящем колесе точно такой же – 3.06 кг•м. Выводы – те же самые. Кстати, полностью подтверждаются моей практикой. Если газануть заранее перед препятствием, то поджатый винтами дифференциал действительно помогает по сравнению с обычным. Если ты уже вывесился, то дифференциал гудит, колесо буксует, машина дергается, но не едет.

ВКЛЮЧИЛ? НЕ ЗАБУДЬ ВЫКЛЮЧИТЬ!
Принудительные блокировки на «УАЗ» появились несколько лет назад. Павел Греков из компании «Экстрим-Авто» порекомендовал мне их на триальный джип, оснащенный мостами от «УАЗа». Особенности их заключались в том, что в комплект входила самодельная полуось с дополнительными шлицами, а установку невозможно осуществить в гаражных условиях: требовались сварка и настройка механизма включения-выключения. Кроме того, до последнего времени на мосты типа «спайсер», которыми оснащаются выпускаемые ныне автомобили «УАЗ», такие блокировки не производились.

Теперь появилась новая принудительная блокировка, лишенная этих недостатков. Называется «Спрут» и выпускается Ульяновским авторемзаводом. Выполнена аналогично широко известной ARB и работает точно так же. Будучи установленной на стенд, в выключенном состоянии функционировала как обычный дифференциал. Тормозим одно колесо – второе продолжает вращение. Включаем компрессор, затем блокировку. Раздается шипение пневмопривода, и ремень на шкиве, тормозящем одно колесо, начинает буксовать – обе полуоси вращаются с одинаковой скоростью. Опять нажимаем кнопочку, теперь чтобы выключить блокировку. Одно колесо не вращается, второе крутится. Опять обычный дифференциал.
Чудес не бывает. Жесткая принудительная блокировка – это жесткая принудительная блокировка. Надо тебе – включил. Не надо – выключил.

ГЛАМУР В ЗАКОНЕ

Дифференциал автоматический Красикова – самый модный и самый обсуждаемый в сети девайс. Что это? Блокировка или все же дифференциал повышенного трения? Как он устроен и как работает? Вопросов было больше, чем ответов. Вначале нам его даже давать не хотели – сказали, что вы, дескать, о нем напишете плохо, а нам его продавать. После долгих уговоров дифференциал все же нам привезли. Разобрав устройство, мы увидели конструкцию, во многом напоминающую винтовой Torsen. Однако подробное изучение показало, что хотя устройство в целом винтовое, но работает иначе, чем все, что мы пробовали до этого. Установили на стенд. Тормозим одно колесо. Ремень проскальзывает, оба колеса крутятся. Как будто мы включили жесткую блокировку. Может, дифференциал просто не работает? Снимаем со стенда, вставляем в устройство две полуоси. Одну зажимаем в тиски, вторую крутим. Тяжело, рывками, но проворачивается. Возникает мысль: а что будет с машиной в повороте? Берем устройство и устанавливаем в «уазик». Сначала заезжаем одной стороной на эстакаду. Машина продолжает уверенно ехать с вывешенным колесом, и оба ведущих колеса при этом вращаются с одинаковой скоростью, как при включенной жесткой блокировке. Тогда делаем по-другому. Цепляем тросом машину к столбу. Пытаемся тронуться с места. «Уазик» честно буксует двумя колесами, из-под которых идет дым. Колеса при этом вращаются синхронно. Тогда отцепляем машину и начинаем накручивать пятаки по заводскому цеху, внимательно наблюдая за колесами одной оси. Разворот происходит без пробуксовки! И это – на передней оси автомобиля. На задней, кстати, тоже. Если резко не газовать.

Читайте также:  Замена цепи ГРМ Киа Сид своими руками

Что такое дифференциал и в чем его секрет?

Дифференциал – интересное механическое устройство, известное человечеству с давних времен. Несколько лет назад ученые считали, что первый механизм, работающий по типу дифференциала, был использован в антикитерском механизме – удивительной находке, поднятой со дна моря, и оказавшейся самым настоящим древним калькулятором для астрономических вычислений. Так что сама идея дифференциала не нова, однако настоящее признание она получила только с появлением первых автомобилей.

  1. Что такое дифференциал и для чего он нужен?
  2. Устройство и принцип работы
  3. Преимущества и недостатки
  4. Виды дифференциалов
  5. Заключение

Что такое дифференциал и для чего он нужен?

Дифференциал в транспортном средстве – это механизм, отвечающий за распределение момента вращения и угловых скоростей от главной передачи на колёса (или на оси, если говорить про межосевой дифференциал). Зачем это нужно? Затем, чтобы дать возможность транспорту нормально поворачивать, не нарушая равномерного сцепления с дорогой каждого колеса.

Если попробовать развернуть на ходу любую повозку с жесткой осью, выяснится, что колесо, находящееся внутри радиуса поворота, пробуксовывает. Одновременно с этим другое колесо, которое находится на наружной дуге и должно двигаться быстрей, теряет сцепление с поверхностью. Другими словами, поворачивать вот так, с двумя колесами, насаженными на одну ось, очень сложно. Можно только посочувствовать лошадям, вынужденным таскать неповоротливые телеги…

Однако автомобиль – давно уже не телега, в том числе и потому, что во время поворота срабатывает дифференциал, который распределяет скорость вращения так, чтобы замедлить колесо внутри дуги поворота и ускорить второе, которое движется по внешней дуге. Всё это происходит без вмешательства водителя, только за счет механического распределения момента вращения.

Размещение дифференциала зависит от того, какой тип привода использован в автомобиле.

  1. В переднеприводных автомобилях установлен передний дифференциал, который находится внутри коробки передач.
  2. В заднеприводных моделях установлен в заднем мосту на ведущей оси.
  3. В полноприводных автомобилях с постоянным полным приводом ставится межосевой дифференциал в раздаточной коробке (он распределяет усилия между передней и задней осью) и межколесные на каждую ось.
  4. А вот подключаемый полный привод не требует межосевого распределителя, в таких автомобилях устанавливается межколесный дифференциал на каждую из осей.

Почему только на ведущую ось (внедорожников это тоже касается, у них обе оси ведущие)? Просто потому, что дифференциал предназначен для того, чтобы распределять момент вращения, идущий от двигателя, а значит, на ведущей оси.

Устройство и принцип работы

С технической точки зрения дифференциал устроен достаточно просто, но при этом он способен выдерживать огромные нагрузки. Что внутри этого узла и как он работает?

Устройство типового дифференциала

По своему типу это планетарный редуктор со всеми необходимыми элементами.

  1. Шестерня главной передачи – подает вращение от КПП на дифференциал.
  2. Ведомая шестерня связана и с главной передачей, и с шестернями-сателлитами.
  3. Сателлиты – закреплены в «чашке» ведомой шестерни, так что вращаются вместе с ней.
  4. Шестерни полуосей – соединены с сателлитами и не контактируют с остальными элементами дифференциала.

Детально показано на видео-ролике, ниже.

  1. От КПП выходит вал главной передачи, от которого вращение передается на ведомую шестерню.
  2. Ведомая шестерня и скрепленная с ней «чашка» (водило) принимают крутящий момент.
  3. Вращаясь, ведомая шестерня и чашка приводят в движение шестерни-сателлиты.
  4. Сателлиты, в свою очередь, передают вращение на полуоси.
  5. При равной нагрузке на полуоси (когда автомобиль движется по прямой дороге с равномерным покрытием) сателлиты не вращаются. Работает только ведомая шестерня, в чашке которой закреплены сателлиты, и они описывают обороты вместе с ней, при этом не совершая вращения вокруг своей оси. Таким образом, момент вращения распределяется на полуоси поровну, 50:50.
  6. Когда автомобиль поворачивает и одно из колес должно замедлить, а второе – ускорить движение, сателлиты приходят в движение. За счет конической зубчатой передачи они, вращаясь, замедляют одну полуось и ускоряют вторую. Другими словами, перераспределяют момент вращения в нужной пропорции, вплоть до 0:100 без потери усилия.
  7. При пробуксовке одного колеса включается механизм блокировки, без которого на то колесо, которое вращается быстрее, ушел бы весь момент вращения. Без блокировки автомобиль останавливается при попадании хотя бы одного колеса на скользкую поверхность.

Преимущества и недостатки

Основное преимущество дифференциала – это то, что он дал возможность выполнять повороты. Скорость движения каждого колеса на ведущей оси подстраивается под дорожную ситуацию совершенно автоматически, без участия водителя, так что безопасность и маневренность транспортного средства выросли в десятки раз после внедрения этого механизма. Сегодня дифференциал той или иной конструкции используется во всех видах автомобильного транспорта.

Еще одно преимущество – довольно высокая надежность узла. Планетарная передача выдерживает большие нагрузки, а особенности некоторых типов дифференциала еще дополнительно повышают его мощность и стойкость к износу

Основным недостатком можно назвать необходимость использовать механизм блокировки, чтобы автомобиль мог двигаться и по льду, и по сложным дорогам. Ручная, автоматическая или электронная – любой тип блокировки должен применяться обязательно, а это означает, что появляется дополнительный механизм, который может выйти из строя.

Читайте также:  Завоздушивание системы охлаждения Лады Калина причины, доработка

И, конечно, нельзя забывать о контроле за техническим состоянием узла. Это еще один узел, в котором нужно менять масло, хоть и не часто, и отслеживать износ деталей. И, кстати, о необходимости этой процедуры многие автовладельцы забывают.

Виды дифференциалов

За годы эволюции это устройство менялось и совершенствовалось. Так что теперь в автомобилестроении используют различные виды дифференциалов, в зависимости от того, на какие нагрузки рассчитан автомобиль, для каких дорожных условий предназначен, какую цель ставили перед собой конструкторы.

    По особенностям конструкции различают конический, цилиндрический и червячный типы. Название зависит от того, какой тип передачи используется для вращения полуосей. В настоящее время самый распространенный вид – конический.

Виды блокировки дифференциала. Система блокировки разрабатывалась для внедорожников, для которых пробуксовка любого колеса означает полную остановку автомобиля. На видео, ниже, подробно рассказано о системах блокировки.

Существует три основных типа блокировки.

  1. Ручная блокировка дифференциала – это система, при которой водитель самостоятельно включает и выключает блокировку по своему усмотрению. Возле водительского места находится рычаг или кнопка управления блокировкой, с помощью которых принудительно останавливается вращение сателлитов вокруг свой оси. Фактически, дифференциал начинает работать так же, как при движении по прямой, распределяя усилие на обе полуоси поровну. При этом ухудшается управляемость, ведь повороты с заблокированным дифференциалом выполнить крайне сложно.
  2. Автоматическая блокировка или самоблокировка – система, которая облегчает управление автомобилем, снимая с водителя необходимость самостоятельно блокировать дифференциал. Самоблокирующийся тип называют еще дифференциалом повышенного трения.
  3. Электронная блокировка – это, по сути, имитация работы дифференциала, используемая в антипробуксовочных электронных системах. При необходимости забуксовавшее колесо принудительно замедляется тормозом, после чего дифференциал перераспределяет усилие, давая больше нагрузки на вторую полуось, которая имеет лучшее сцепление с дорогой.

Самоблокирующийся делятся на два основных типа.

  1. Тип Torque – блокировка, срабатывающая от разницы крутящего момента на полуосях. При пробуксовке срабатывают гасители скорости, подтормаживающие ту полуось, скорость вращения которой выше.
  2. Тип Speed Sensitive – блокировка с помощью вискомуфты, которая срабатывает, если одна из полуосей движется быстрее другой.

На сегодняшний день существует несколько видов дифференциалов, используемых в современных автомобилях.

  1. Квайф (Quaife) – самая простая конструкция, главной особенностью которой является использование нескольких пар сателлитов, сцепляющихся между собой попарно. Благодаря возникающим силам трения механизм автоматически подстраивается под дорожные условия, правильно распределяя момент вращения при поворотах и пробуксовке.
  2. Вискомуфта – устройство блокировки, основанное на применении жидкости с переменной вязкостью. Чем выше скорость ее перемешивания (соотношение скоростей вращения левой и правой полуосей), тем выше вязкость жидкости, вплоть до полной блокировки контактных дисковых блоков. Вискомуфта устанавливается на кроссоверы и легковые автомобили, то есть она не рассчитана на условия жесткого бездорожья.

Вискомуфта
Дисковая блокировка – конструкция с дополнительными коническими шестернями, муфтами и дисками. При разнице в скорости вращения полуосей разъединяются стыки между шестернями и система блокируется, после чего скорости вращения полуосей выравниваются.

Дисковая блокировка

  • Полная блокировка (кулачковая) – это тип с ручной блокировкой из салона автомобиля. Несмотря на некоторые неудобства его продолжают использовать во внедорожниках и есть много поклонников именно этого типа блокировки.
  • Торсен (Torsen) – агрегат комбинированного, коническо-червячного типа. Это один из самых мощных и надежных типов механизма, используемый для условий жесткого бездорожья. Принцип его работы подробно описан на видео, ниже.
  • Заключение

    Сегодня дифференциал используется на всех без исключения автомобилях, что говорит о его незаменимости. Многие автовладельцы и не задумываются о том, что там у них под днищем автомобиля, а обо всех нюансах и тонкостях этого узла знают только поклонники автоспорта и сурового бездорожья. Но от того, насколько качественно выполняет свою работу этот узел, зависит уверенность в маневрах и безопасность на дороге.

    Типы устройства полного привода

    Все про полный привод, его разновидности и принцип работы: часть 1, часть 2, часть 3. На сегодняшний день в автомобильном мире представлено три типа устройства полного привода:

    1. Классическая трансмиссия с полным приводом (обозначается термином full-time), в которой имеется три дифференциала. Это обуславливает наличие у такого автомобиля полного привода на все колеса в любом режиме его движения. Но, как было уже сказано выше, при потере сцепления с дорогой хотя бы одного из колес такой автомобиль будет стоять на месте. То есть в таком автомобиле наличие частичной или полной блокировки дифференциала обязательно. На сегодняшний день самым популярным решением на традиционных внедорожниках является жесткая механическая блокировка межосевого дифференциала. При этом момент распределяется по осям в пропорциях 50 на 50. Благодаря этому автомобиль становится более проходимым, но не способным ездить по дорогам с твердым покрытием со скоростью более 30-40 км/ч (более высокая скорость движения пагубно скажется на дифференциалах и может привести к их поломке). В качестве опции на внедорожных моделях может быть предусмотрена возможность дополнительной блокировки заднего дифференциала.

    2. Вместе с тем, возникло такое направление, как механически подключаемый полный привод – part-time. В его схеме совсем нет межосевого дифференциала, вместо которого присутствует специальный механизм, подключающий вторую ось. Такой тип трансмиссии используется обычно на пикапах и внедорожниках невысокой ценовой категории. На твердом дорожном покрытии такая машина может ездить только с использованием привода одной оси (в большинстве случаев задней). А чтобы преодолеть участки бездорожья, водителю необходимо вручную подключать полный привод, жестко блокируя между собой переднюю и заднюю оси. В итоге получается, что момент поступает на обе оси сразу. Однако ведь свободные дифференциалы на осях продолжают оставаться, поэтому автомобиль может не поехать в случае вывешивания колес по диагонали. Эта проблема решаема: стоит только заблокировать один из межколесных дифференциалов – обычно в первую очередь задний. Именно поэтому в некоторых моделях есть на задней оси самоблокирующийся дифференциал.

    3. Полный привод, подключаемый автоматически. На сегодняшний день это самое популярное и универсальное решение. Обозначается он чаще всего AWD (A-AWD) – automatic all-wheel drive. Конструкция такой системы очень похожа на part-time, где нет межосевого дифференциала, но для того, чтобы подключить вторую ось, предназначена электромагнитная или гидравлическая муфта. Блокируется муфта с помощью электроники, а используется для этого два механизма функционирования – реактивный и превентивный, о которых пойдет речь немного ниже.

    Необходимо хорошо понимать, что для получения максимального эффекта от работы полного привода (причем от любого – и full-time, и awd) требуется наличие переменной блокировки дифференциала между осями, зависящей от условий движения. Это осуществляется различными методами и устройствами. К ним относятся самоблокирующийся шестеренчатый дифференциал, вязкостная муфта, управление блокировкой с помощью электроники.

    Самым простым из них является использование вязкостной муфты (дифференциал с ней носит название VLSD (viscous limited-slip differential), однако он малоэффективен. Принцип работы этого простейшего устройства в том, что оно передает вращающий момент с помощью вязкой жидкости. Когда начинает отличаться скорость вращения входного и выходного валов муфты, повышается вязкость жидкости внутри нее, причем вплоть до перехода в твердое состояние. Таким нехитрым образом осуществляется блокирование муфты и равномерное распределение момента между осями. У вязкостной муфты есть недостатки. Во-первых, это ее большая инерционность, что исключает возможность ее использования на бездорожье, ограничивая твердым дорожным полотном. А во-вторых, у нее весьма ограничен срок службы – примерно до пробега автомобилем 100 тысяч километров, после чего вязкостная муфта перестает функционировать, а дифференциал освобождается.
    Все же на сегодняшний день такие муфты иногда применяют – для того, чтобы блокировать задний межколесный дифференциал внедорожников или межосевой дифференциал в автомобилях марки Subaru с МКПП. В недалеком прошлом вязкостную муфту применяли для того, чтобы подключать вторую ось в системы автоматически подключаемого полного привода в автомобилях Toyota, однако из-за низкой эффективности от такой практики потом отказались.

    Что такое дифференциал Торсен и принцип его работы

    Следующий способ переменной блокировки дифференциала – самоблокирующийся шестеренчатый дифференциал. На сегодня известно такое устройство под названием Torsen. Итак, что такое дифференциал Торсен. Принцип его работы – в свойстве червячной передачи заклинивать, когда на осях возникает определенное соотношение величин крутящих моментов.

    Такой метод используется на очень многих автомобилях с полным приводом (например, весь модельный ряд полноприводных Ауди), он имеет технически сложное устройство и, соответственно, высокую стоимость. Но вместе с тем, эффективен как на твердых дорогах, так и на бездорожье. Из недостатков стоит отметить то, что когда сопротивление вращению на какой-либо из осей полностью отсутствует, дифференциал разблокирован, поэтому автомобиль не сможет двигаться. Именно в этом и заключается уязвимость автомобилей с дифференциалом Torsen – когда сцепление с дорогой отсутствует на обоих колесах одной оси, с места автомобиль не сдвинется. В связи с этим компания Audi применяет на своих новых моделях дифференциал с коронными шестернями и дополнительными фрикционами.

    Электронное управление блокировкой дифференциала включает в себя как обычные способы регулировки положения буксующих колес с помощью тормозной системы автомобиля, так и более сложные устройства электронного управления со степенью блокирования дифференциала, зависящей от обстановки на дороге. Их достоинство – именно в наличии электроники, которая самостоятельно мгновенно определяет нуждаемость каждого колеса автомобиля в крутящем моменте и необходимом его количестве. Для этого предназначено множество датчиков – это и датчик вращения, и акселерометр, который фиксирует продольные и поперечные ускорения автомобиля, и датчики педали газа, а также положения руля. В отличие от таких электронных устройств и вязкостная муфта, и самоблокирующийся дифференциал – это полностью механические устройства, не предполагающие вмешательства в их работу электронной системы.
    Стоит отметить, что система, которая имитирует блокирование дифференциала путем использования штатных автомобильных тормозов, чаще всего не так эффективно действует по сравнению с непосредственной блокировкой дифференциала. Обычно такая имитация используется как альтернатива межколесной блокировке. На сегодняшний день ее применяют даже на машинах, имеющих привод на одну ось.
    В качестве примера блокировки на электронном управлении можно привести трансмиссию с полным приводом VTD, которая устанавливается на автомобили Subaru с 5-скоростной АКПП. Есть еще такая система, как DCCD, которую используют на модели Subaru Impresa WRX STI и Mitsubishi Lancer Evolition, имеющем активный центральный дифференциал ACD. И эти трансмиссии без преувеличения можно считать самыми совершенными во всем автомобильном мире.

    Ссылка на основную публикацию
    Adblock detector