Блокування диференціала

При русі автомобіля на повороті, по нерівностях дороги і т.д. колеса проходять шлях різної довжини. Щоб не відбувалося прослизання шин по асфальту, вони повинні обертатися з різними швидкостями.

Колеса відомою осі обертаються незалежно один від одного, тому котяться без пробуксовки.

Диференціал - механізм, що дозволяє колесам провідної осі обертатися з різними швидкостями і підводить до них крутний момент. У трансмісії автомобілів з однією провідною віссю диференціал встановлюється між приводами коліс (півосями, Шрусамі і т.д.), тому його називають міжколісним. У повнопривідних автомобілях (з усіма провідними колесами) він може перебувати і між провідними осями (міжосьовий диференціал). Крутний момент до диференціалу підводитися від двигуна через агрегати трансмісії (коробку передач, карданний вал, головну передачу і т.д.)

Крутний момент - характеристика обертального руху. Його величина дорівнює добутку сили на плече (відстань від точки прикладання сили до осі обертання) і вимірюється в Нм (ньютон на метр). Наприклад, якщо двигун розвиває крутний момент 100Нм, значить, сила на плечі в 1м становитиме 100Н.

Сила зчеплення - колеса з дорогою дорівнює добутку вагового навантаження на колесо (яку колесо передає на дорогу) на коефіцієнт зчеплення.

Сила тяги на колесі залежить від радіуса колеса і підводиться до нього крутного моменту. Вона обмежується силою зчеплення з дорогою, тобто не може більше неї. Твори сили тяги на радіус колеса дає той момент, що крутить, який диференціал може передати на колеса. Коли зчеплення з дорогою мало (наприклад, на гладкому льоду) або колесо вивішено (відсутній вагова навантаження), крутний момент і сили тяги на колесі дуже малі або відсутні. Якщо «тяга» менше опору руху, автомобіль не зможе рушити з місця.

На легкових автомобілях, призначених для руху по дорогах з твердим покриттям (асфальтом, бетоном), найбільшого поширення набув диференціал з конічними шестернями.
Диференціали з конічними шестернями.

Являють собою зубчасту передачу з рухомими осями зубчастих коліс (такі передачі називають планетарними). Її основними елементами є:
корпус, з яким жорстко з'єднане ведене зубчасте колесо головної передачі (передає крутний момент від карданного валу на корпус диференціала). На легкових автомобілях, як правило, корпус має нероз'ємну конструкцію і вікна для монтажу шестерень;
сателіти - конічні зубчасті колеса, які можуть повертатися навколо осі. У диференціалах легкових автомобілів зазвичай встановлюються два сателіта;
вісь сателітів, жорстко закріплена в корпусі і обертається разом з ним. На ній розташовані спіральні канавки для поліпшення мастила сателітів;
дві конічні шестерні, що входять в зачеплення з сателітами і жорстко з'єднані з вихідними валами диференціала (півосями, Шрусамі і т.д.). Ці шестерні прийнято називати напівосьові.

При русі автомобіля ведена шестерня головної передачі обертає корпус диференціала і, відповідно, вісь з сателітами, які передають рух шестерні піввісь, а вони, в свою чергу, на колеса.

На прямій і рівному відрізку шляху колеса проходять однакову відстань, тому напівосьові шестерні і корпус диференціала, а також вісь сателітів обертаються з однаковою швидкістю. Останні не повертаються щодо своєї осі.

Коли автомобіль робить поворот, внутрішнє (розташоване ближче до центру повороту) колесо починає обертатися повільніше (тому його називають відстаючим). Відповідно, поєднана з ним шестерні піввісь робить менше оборотів в хвилину, ніж корпус диференціала і вісь сателітів. Це змушує їх повертатися навколо осі і збільшувати швидкість обертання другий шестерні і зовнішнього (забігати) колеса. Так забезпечується різне число оборотів шин, необхідне для руху без пробуксовки.

Цей вид диференціалів називають також симетричним, так як вони порівну розподіляють крутний момент між колесами. Це відбувається тому, що сателіт працює як рівноплечого важіль і передають тільки рівні зусилля до шестерням і колесам. Як сказано вище, якщо одне з коліс має мале зчеплення з дорогою, крутний момент на ньому невеликий, відповідно симетричний диференціал підводить таке ж зусилля до іншого колеса. Тобто якщо одне з коліс буксує, значить, сила тяги на другому колесі незначна, що негативно позначається на прохідності. Для її поліпшення на автомобілях застосовують повну або часткову блокування диференціалів, ступінь якої оцінюють коефіцієнтом блокування.
Коефіцієнт блокування.

Коефіцієнт блокування (Кb) - це відношення крутного моменту на відстаючому колесі до моменту на забігати. Його величина для симетричного диференціала дорівнює 1 (моменти на обох колесах рівні), для диференціалів підвищеного тертя (див. Нижче) Кb = 3.5.

Чим більше Кb, тим краще прохідність автомобіля. Наприклад, при великому коефіцієнті блокування погіршуються керованість і стійкість транспортного засобу при русі по асфальту. Це пов'язано з тим, що на відстаючому колесі момент в кілька разів більше і воно намагається як би «виштовхнути» автомобіль з повороту. До того ж зростає знос шин через часткову пробуксовки, навантаження на елементи приводу, знижується ККД, що призводить до збільшення витрати палива.
Самоблокувалися диференціали з повним блокуванням.

Мають муфту, жорстко з'єднує (блокує) корпус диференціала і шестерню вихідного вала. Привід муфти може бути механічним, гідравлічний або пневматичний, а управління блокуванням здійснюється водієм (блокування міжосьового диференціала на ВАЗ-21213). Після подолання труднопроходимого ділянки водієві необхідно відразу відключати блокування, що вимагає від нього додаткової уваги. Інакше на шини і трансмісію будуть діяти надмірні навантаження, а автомобіль буде гірше управляємо.

У механізмів підвищеного тертя - багатодисковим диференціалів, вискомуфт, самоблокирующихся диференціалів «Квайф» і «Торсен» блокування (часткова) здійснюється автоматично, без участі водія.
Самоблокувалися багатодискові диференціали.

Його основна відмінність від симетричного диференціала полягає в наявності подпружиненного пакета фрикційних дисків, одна з яких жорстко пов'язана з корпусом, а інша з шестерні піввісь.

При різних оборотах коліс напівосьові шестерні диференціала обертаються швидше або повільніше корпусу. За рахунок це між фрикційними дисками виникають сили тертя, що перешкоджають вільному обертанню шестерень, тобто здійснюють часткову блокування. Відповідно на відстаючому колесі збільшується крутний момент і сила тяги.

Фрикційні диски в деяких конструкцій не подпружінени, а стискаються тиском рідини, створюваним насосом. Наприклад, одна з таких конструкцій носить назву «героторний диференціал» (від англ. Gear - шестерня). Він має шестерний насос, який створює тиск рідини при різних швидкостях обертання напівосьових шестерень корпусу.

Отримала свою назву від лат. viscosus - в'язкий. Її основними елементами є:
корпус і вал, герметизовані за допомогою ущільнень
диски, одна половина яких з'єднана шлицами з корпусом, інша з валом. Диски має канали та отвори для збільшення в'язкості тертя рідини
силіконова (кремнийорганическая) рідина, яка має високу в'язкість і заповнює корпус на 80-90%

Вискомуфта передає підводиться до неї крутний моменту за рахунок внутрішнього тертя в рідині, що знаходиться між дисками. Коли їх швидкості однакові, муфта передає невелику частину зусилля (5.7%). При відставанні ведених дисків від провідних рідина перемішується, температура і в'язкість її ростуть, вона розширюється стискає повітря. Коли він майже повністю стиснутий, тиск в муфті різко зростає, що викликає осьове переміщення дисків по шліцах до їх механічного контакту. Це призводить до різкого зростання переданого моменту ( «хамп-ефект»), що може негативно позначитися на керованості автомобіля. В результаті обертання передається за рахунок механічного тертя, температура і відповідно тиск рідини поступово знижуються, диски виходять з механічного контакту.

Рухаючись момент залежить від характеристик муфти і від різниці швидкостей обертання її валів.

Вискомуфта може встановлюватися як самостійний вузол між провідними осями або «вбудовуватися» в конічний диференціал.

Цей вузол не придатний до ремонту, так як кількість і в'язкість рідини визначають характеристики віськомуфти і строго контролюються при її виготовленні. При витоку частини рідини муфта підлягає заміні.
Диференціал «Квайф».

Конструкція механізму, зареєстрованого під торговою маркою «Квайф» ( «Quaife»). Сателіти у нього розташовані в два ряди паралельно осі обертання корпусу. Причому вони кріпляться не на осях, а знаходяться в закритих з обох кінців отворах корпусу. Правий ряд сателітів входить в зачеплення з правого напівосьової шестернею, лівий - з лівої. Крім того, сателіти з різних рядів зачіпляються між собою попарно. Всі зубчасті колеса має гвинтові зуби.

Коли одне з коліс починає відставати, пов'язана з ним шестерні піввісь починає обертатися повільніше корпусу і повертати входить з нею в зачеплення сателіт. Він передає рух пов'язаного з ним сателіту з іншого ряду. а той, у свою чергу, на шестерні піввісь. Так забезпечуються різні обороти коліс на повороті. Завдяки різниці моментів, що крутять на колесах в гвинтовому зачепленні виникають осьові і радіальні сили, що притискають напівосьові шестерні і сателіти торцями до корпусу. Останні також притискаються вершинами зубів до поверхні отворів, в яких вони розташовані. За рахунок цього виникають сили, які здійснюють часткову блокування, що збільшує силу тяги на відстаючому колесі і, відповідно, сумарну силу тяги автомобіля, підвищуючи його прохідність.

Величина коефіцієнта блокування залежить від кута нахилу зубів сателітів і напівосьових шестерень. Встановлюючи в корпус комплекти сателітів і шестерень з різним кутом нахилу зубів, змінюють коефіцієнт блокування залежно від характеристик автомобіля і умов його застосування.
Диференціал «Торсен».

Отримали свою назву від англ. Torque - крутний момент і sensing - чутливий, тобто чутливий до крутного моменту. Механізми, що випускаються під цією торговою маркою, мають два типи конструкцій.

Сателіти розташовані корпусі перпендикулярно його осі і об'єднані між собою попарно за допомогою прямозубого зачеплення, а з шестерні піввісь пов'язані черв'ячним зачепленням.

На повороті шестерні піввісь, пов'язана з відстаючим колесом, повертає входить з нею в зачеплення сателіт, він, в свою чергу, обертає другий сателіт і іншу шестерні піввісь. Такий «ланцюжком» колесам автомобіля забезпечується можливість обертатися з різною швидкістю. Сили тертя, що виникають в черв'ячному зачепленні від різниці моментів на колесах, здійснюють часткову блокування диференціала.

Застосування комплектів сателітів і шестерень з різним профілем черв'ячного зачеплення дає можливість змінювати коефіцієнт блокування. Недолік цього варіант - складність конструкції і її збірки.

Другий тип «Торсена». Сателіти розташовані паралельно осі корпусу диференціала в його отворах і з'єднані попарно між собою і з шестерні піввісь гвинтовим зачепленням. Робота механізму на поворотах і часткове блокування здійснюються так само, як у «Квайф». Цей варіант конструкції менш складний, крім того дозволяє зменшити діаметр корпусу диференціала.