Особенностью работы свободного дифференциала является то, что при пробуксовке одного колеса (ведущей оси) на другое передается крутящий момент, недостаточный для движения. Блокировка дифференциала предназначена для увеличения крутящего момента на колесе (оси) с лучшим сцеплением.
Для того, чтобы заблокировать дифференциал необходимо выполнить одно из двух действий:
1 соединить корпус дифференциала с одной их полуосей;
2 ограничить вращение сателлитов.
В зависимости от степени блокирования блокировка дифференциала бывает полной или частичной. Полная блокировка дифференциала предполагает жесткое соединение частей дифференциала, при котором крутящий момент может полностью передаваться на колесо с лучшим сцеплением.
Частичная блокировка дифференциала характеризуется ограниченной величиной передаваемого усилия между частями дифференциала и соответствующего ей увеличения крутящего момента на колесе с лучшим сцеплением.
Величина повышения крутящего момента на свободном колесе оценивается коэффициентом блокировки. Другими словами, коэффициент блокировки выражает отношение крутящего момента на отстающем (свободном) колесе к моменту на забегающем (буксующем) колесе. Для симметричного свободного дифференциала коэффициент блокировки 1, т.к. крутящие моменты на каждом из колес всегда равны. В заблокированном дифференциале коэффициент блокировки может находится в пределе 3-5. Дальнейшее увеличение коэффициента блокировки нежелательно, т.к. может привести к поломке элементов трансмиссии.
Блокировка дифференциала применяется как на межколесных дифференциалах, так и на межосевых дифференциалах. Блокировка переднего межколесного дифференциала полноприводного автомобиля обычно не производится, чтобы не снижать управляемость.
Блокировка дифференциала может осуществляться принудительно и автоматически. Принудительная блокировка дифференциала производится по команде водителя, поэтому другое ее название ручная блокировка. Автоматическая блокировка дифференциала выполняется с помощью специальных технических устройств – самоблокирующихся дифференциалов.
Принудительная блокировка дифференциала
Принудительная блокировка дифференциала производится, как правило, с помощью кулачковой муфты, обеспечивающей жесткое соединение корпуса дифференциала и одной из полуосей.
Замыкание (размыкание) кулачковой муфты производится с помощью механического, электрического, гидравлического или пневматического привода.
Механический привод объединяет рычаг и тросы или систему рычагов. Блокировка дифференциала производится водителем путем перемещения рычага в определенное положение на неподвижном автомобиле.
Гидравлический привод блокировки дифференциала включает главный и рабочий цилиндры. Исполнительным элементом пневматического привода является пневмоцилиндр (пневмокамера). В электрическом приводе для замыкания муфты используется электродвигатель. Включение блокировки дифференциала (инициация привода) производится путем нажатия соответствующей кнопки на панели приборов.
Жесткая принудительная блокировка применяется для преодоления автомобилем труднопроходимых участков, а при их прохождении обязательно выключается. Применяется в межколесных и межосевых дифференциалах полноприводных автомобилей.
Самоблокирующийся дифференциал
Самоблокирующийся дифференциал (другое название – дифференциал повышенного трения, Limited Slip Differential, LSD) по своей сути является компромиссом между свободным дифференциалом и полной блокировкой дифференциала, т.к. позволяет реализовать при необходимости возможности и того и другого.
Различают два вида самоблокирующихся дифференциалов: блокирующиеся от разности угловых скоростей колес и блокирующиеся от разности крутящих моментов.
К первым относятся дисковый дифференциал, дифференциал с вязкостной муфтой, а также т.н. электронная блокировка дифференциала. Блокируется в зависимости от разности крутящих моментов червячный дифференциал.
Простейший дисковый дифференциал представляет собой симметричный дифференциал, в который добавлены один или два пакета фрикционных дисков. Часть фрикционных дисков жестко связана с корпусом дифференциала, другая часть – с полуосью.
Принцип действия дифференциала повышенного трения дискового типа основан на силе трения, возникающей вследствие разности скоростей вращения полуосей.
При прямолинейном движении корпус дифференциала и полуоси вращаются с одинаковой скоростью, фрикционный пакет вращается как единое целое. При увеличении частоты вращения одной их полуосей, соответствующая ей часть дисков в пакете начинает вращаться быстрее. При этом между дисками возникает сила трения, препятствующая увеличению частоты вращения. Крутящий момент на свободном колесе увеличивается, чем достигается частичная блокировка дифференциала.
Степень сжатия фрикционных дисков может быть фиксированной (реализуется с помощью пружин постоянной жесткости) или переменной (осуществляется с помощью гидравлического привода, в т.ч. с электронным управлением).
Дисковый дифференциал LSD применяется в качестве межколесного дифференциала спортивных автомобилей, а также межосевого дифференциала автомобилей повышенной проходимости.
1 ведомая ступица
2 корпус муфты, связанный с приводным валом
3 ведомый диск
4 ведущий диск
Вязкостная муфта (другое наименование – вискомуфта) представляет собой набор близко расположенных друг к другу перфорированных дисков, часть из которых жестко соединяется с корпусом дифференциала, другая часть – с приводным валом. Диски помещены в герметичный корпус, заполненный силиконовой жидкостью высокой вязкости.
При вращении корпуса дифференциала и приводного вала с одной скоростью блок перфорированных дисков вращается как одно целое. При увеличении скорости вращения приводного вала, соответствующая ему часть дисков начинает вращаться быстрее и перемешивает силиконовую жидкость. Жидкость твердеет, дифференциал блокируется. На другом приводном валу происходит увеличение крутящего момента. При восстановлении равенства скоростей жидкость теряет свои свойства и муфта разблокируется.
В связи с большим геометрическим размером вискомуфта применяется, как правило, для блокировки межосевого дифференциала. Вязкостная муфта также может использоваться и самостоятельно (вместо межосевого дифференциала) в системе полного привода, подключаемого автоматически.
В силу своей конструкции вискомуфта обладает инерционностью, склонна к нагреву и при торможении конфликтует с антиблокировочной системой тормозов, поэтому в настоящее время на автомобили практически не устанавливается.
Электронная блокировка дифференциала (или просто электронный дифференциал) является функцией антипробуксовочной системы. Реализуется путем автоматического подтормаживания буксующего колеса, сопровождаемого увеличением на нем силы тяги. Соответственно на колесе с лучшим сцеплением увеличивается крутящий момент.
Червячный самоблокирующийся дифференциал обеспечивает автоматическую блокировку в зависимости от разности крутящих моментов на корпусе и полуоси (приводном вале). При проскальзывании колеса, сопровождаемом падением крутящего момента, червячный дифференциал блокируется и перераспределяет крутящий момент на свободное колесо. Блокировка при этом частичная, а ее степень зависит от величины падения крутящего момента.
На примере трансмиссии автомобиля Audi quattro
1 корпус дифференциала
2 солнечная шестерня привода передней оси
3 червячные шестерни
4 солнечная шестерня привода задней оси
5 фланец вала привода задней оси
6 ось червячной шестерни
7 сателлиты
8 полый вал
9 приводная шестерня
Известными конструкциями червячных дифференциалов являются дифференциал Torsen (от сокращенного Torque Sensing - чувствительный к крутящему моменту) и дифференциал Quaife. Конструкции данных дифференциалов представляют собой планетарный редуктор, состоящий из червячных шестерен: ведомых (полуосевых) и ведущих (сателлитов). Сателлиты могут располагаться параллельно полуосям (Quaife, Torsen Т-2) или перпендикулярно полуосям (Torsen Т-1).
Особенностью червячной шестерни является то, что она может приводить во вращение другие шестерни, а сама не может вращаться от других шестерен. При этом говорят, червячная шестерня расклинивается. Данное свойство используется для частичной блокировки червячного дифференциала.
Червячные самоблокирующиеся дифференциалы широко применяются как в качестве межколесных, так и межосевых дифференциалов.
| 