Самоблокуючий диференціал: принцип дії

Термін «блокування диференціалу», або «самоблокується диференціал» (самоблок), чули багато автомобілістів, а ось як цей процес виглядає на практиці, знають лише деякі. І якщо раніше такою «опцією» автовиробники обладнали переважно позашляховики, то зараз її можна зустріти і на цілком міському автомобілі. Крім того, найчастіше власники машин не обладнаних самоблоками, зрозумівши, яку користь вони приносять, встановлюють їх самостійно.

• Що таке диференціал
• Призначення диференціала
• Механізм диференціала
• Як працює диференціал
• Проблема диференціала
• Принцип блокування та її види
• Як працює диференціал, що самоблокується
• Найпоширеніші типи самоблоків
• Вітчизняна «Нива» та її диференціали
• Блокування диференціалів «Ниви»
• Самоблок Нестерова
• Диференціал для мотоблока

Але перш ніж розбиратися з тим, як працює диференціал, що самоблокується, потрібно зрозуміти, як він функціонує без блокування.

Що таке диференціал

Диференціал (дифф) по праву можна вважати одним з головних елементів конструкції трансмісії автомобіля. З його допомогою відбувається передача, зміна, а також розподіл видаваного двигуном крутячого моменту між парою споживачів: колесами, розташованими на одній осі машини або ж між її мостами. Причому сила потоку розподіленої енергії при необхідності може бути різною, а значить, і швидкість обертання коліс – різною.

У трансмісії автомобіля дифф може бути встановлений: у картері заднього мосту, КПП і в роздатковій коробці, залежно від пристрою приводу (ів).

Ті дифи, які встановлені в мосту або КПП, називаються міжколісними, а який знаходиться між осями машини, відповідно – міжосівим.

Призначення диференціала

Як відомо, автомобіль під час руху здійснює різні маневри: повороти, перебудування, обгони тощо. Крім того, поверхня дороги може містити нерівності, а це означає, що колеса автомобіля, залежно від ситуації, в один і той же час можуть проходити різну відстань. Тому, наприклад, при повороті, якщо швидкість обертання коліс на осі буде однаковою, то одне з них неминуче стане пробуксовувати, що призведе до прискореного зносу покришок. Але це не найстрашніше. Набагато гірше те, що у транспортного засобу значно знижується керованість.

Ось для вирішення подібних проблем і придумали диференціал – механізм, який буде перерозподіляти енергію, що надходить від двигуна, між осями автомобіля відповідно до величини опору каченню: чим воно менше, тим більше буде швидкість обертання колеса, і навпаки.

Механізм диференціала

На сьогоднішній день існує безліч різновидів дифів, і їх пристрій досить складний. Однак принцип роботи в цілому однаковий, тому буде простіше для розуміння розглянути найпростіший тип – відкритий диференціал, який складається з таких елементів:

1. Шестеренок, закріплених на напівосях.
2. Веденої (коронної) шестерні, виконаної у вигляді усіченого конуса.
3. Провідної шестерні, закріпленої на кінці провідного валу, яка в сукупності з коронною утворює головну передачу. Оскільки ведена шестерня за розмірами більше ведучої, то останній доведеться зробити кілька обертів навколо своєї осі, перш ніж коронна виконає тільки один. Отже, саме ці два елементи диференціалу знижують величину енергії (швидкості), яка в підсумку дійде до коліс.
4. Сателітів, які утворюють планетарний механізм, що відіграє ключову роль у забезпеченні необхідної різниці в швидкості обертання коліс.
5. Корпуси.

Як працює диференціал

Під час прямолінійного руху автомобіля його напівосі, а значить, і колеса, обертаються з такою ж швидкістю, як і провідний вал зі своєю косозубою шестірнею. Але під час повороту навантаження на колеса стає різним (одне з них намагається крутитися швидше), і за рахунок цієї різниці звільняються сателіти. Тепер енергія двигуна проходить через них, а оскільки пара сателітів – це дві окремі, незалежні шестерні, то до напівосей передається різна за величиною частота обертання. Таким чином, потужність, що виробляється двигуном, розподіляється між колесами, але нерівномірно, а залежно від діючого на них навантаження: те, що рухається по зовнішньому радіусу, відчуває менший опір хитанню, тому дифф передає на нього більше енергії, розкручуючи швидше.

Різниці в тому, як працює міжосевий диференціал і міжколісний, немає: принцип дії аналогічний, тільки в першому випадку розподілений крутячий момент спрямований до осей автомобіля, а в другому – до його коліс, розташованих на одній осі.

Потреба в міжосевому дифі особливо стає помітна під час руху машини по пересіченій місцевості, коли її вага тисне на ту вісь, яка знаходиться нижче іншої, наприклад, на підйомі або спуску.

Проблема диференціала

Незважаючи на те що диференціал, безумовно, відіграє велику роль у конструкції автомобіля, його робота іноді створює проблеми для водія. А саме: коли одне з коліс опиняється на слизькій ділянці дороги (бруду, льоду або снігу), то інше, що знаходиться на більш твердому грунті, починає відчувати підвищене навантаження, дифф намагається це виправити, перенаправляє енергію двигуна на ковзне колесо. Таким чином, виходить, що воно отримує максимальне обертання, в той час як інше, що має щільне зчеплення з грунтом, просто залишається нерухомим.

Ось саме для вирішення подібних проблем було придумано блокування (відключення) диференціалу.

Принцип блокування та її види

Зрозумівши принцип роботи диференціалу, можна зробити висновок, що якщо заблокувати його, то збільшиться момент, що крутить на тому колесі або осі, яке має краще зчеплення. Це можна зробити, якщо з’єднати його корпус з однією з двох напівосей або ж зупинити обертання сателітів.

Блокування може бути повним – коли частини диференціалу з’єднуються жорстко. Здійснюється, як правило, за допомогою кулачкової муфти і керується водієм через спеціальний привід з кабіни автомобіля. Або ж вона може бути частковою, в цьому випадку на колеса передається тільки обмежене зусилля – так працює самоблокується диференціал, якому участь людини не потрібна.

Як працює диференціал, що самоблокується

Диференціал, що самоблокується, по суті, являє собою компроміс між повним блоком і вільним дифом і дозволяє знизити пробуксовку коліс машини в разі виникнення між ними різниці в коефіцієнті зчеплення з грунтом. Таким чином, значно підвищується прохідність, керованість на бездоріжжі, а також динаміка розгону автомобіля, причому незалежно від якості дороги.

Самоблок виключає повне блокування коліс, що захищає напівосі від критичних навантажень, які можуть виникнути на диференціалах з примусовим вимкненням.

Блокування з полуосей знімається автоматично, якщо при прямолінійному русі швидкості обертання коліс вирівнюється.

Найпоширеніші типи самоблоків

Дисковий самоблок – це набір фрикційних дисків, встановлених між корпусом диффа і шестірньої напівосі.

Зрозуміти, як працює диференціал з таким блоком, нескладно: поки машина їде по прямій, корпус диффа і обидві напівосі крутяться разом, як тільки в швидкостях обертання з’являється різниця (колесо потрапило на слизьку ділянку), між дисками виникає тертя, що знижує її. Тобто колесо, що залишилося на твердому ґрунті, продовжить обертатися, а не зупиниться, як у разі вільного диференціалу.

Віскомуфта, або інакше в’язкова муфта, так само як і попередній дифф, містить два пакети дисків, тільки на цей раз перфорованих, встановлених між собою з невеликим зазором. Одна частина дисків має зчеплення з корпусом, інша – з валом приводу.

Диски, вміщені в ємність, заповнену кремнійорганічною рідиною, яка при рівномірному їх обертанні залишається в незмінному стані. Як тільки між пакетами з’являється відмінність у швидкості, рідина починає швидко і сильно густіти. Між перфорованими поверхнями виникає опір. Надто розкритий пакет таким чином пригальмовується, і швидкість обертання вирівнюється.

Зубчастий (гвинтовий, черв’яковий) самоблок. Його робота базується на здатності черв’якової пари розклинюватися і тим самим блокувати напівосі при виникненні на них різниці в крутячих моментах.

Кулачковий самоблок. Щоб зрозуміти, як працює диференціал такого типу, досить уявити відкритий дифф, в якому замість планетарного шестерінчастого механізму встановлені зубчасті (кулачкові) пари. Кулачки провертаються (перескакують), коли швидкості обертання коліс практично однакові, і жорстко блокуються (заклинюються), як тільки якесь з них починає пробуксовувати.

Різниці в тому, як працює блокування міжосевого диференціалу і міжколісного, немає – принцип дії однаковий, відмінності тільки в кінцевих точках: у першому випадку – два мости, у другому – два колеса, встановлених на одній осі.

Вітчизняна «Нива» та її диференціали

У лінійці вітчизняних ВАЗів «Нива» займає особливе місце: на відміну від своїх «родичів» по конвеєру, ця машина обладнана не вимиканим повним приводом.

У трансмісії ВАЗівського позашляховика встановлено три диференціали: міжколісні – в кожному мосту, і міжосевий – в роздатці. Незважаючи на таку кількість, розбиратися заново в тому, як працюють диференціали на «Ниві», не доведеться. Все точно так само, як описувалося вище. Тобто, під час прямолінійного руху машини, за умови відсутності пробуксовок на колесах, тягове зусилля між ними розподілено рівномірно і має однакову величину. Коли якийсь із коліс починає буксувати, то вся енергія від двигуна, пройшовши через дифи, прямує до цього колеса.

Блокування диференціалів «Ниви»

Перш ніж говорити про те, як працює блокування диференціалів на «Ниві», слід зазначити один момент, а саме уточнити призначення передньої (маленької) ручки роздаткової коробки.

Деякі водії вважають, що з її допомогою у машини вмикається передній привід – це не так: і передній, і задній приводи у «Ниви» задіяні завжди, а цією ручкою здійснюється управління диференціалом роздатки. Тобто поки вона встановлена в положенні «вперед», дифф працює в штатному режимі, а коли «назад» – відключається.

А тепер безпосередньо про блокування: при вимкненні диференціалу вали роздаткової коробки замикаються між собою муфтою, тим самим примусово вирівнюючи швидкості їх обертання, тобто сумарна швидкість коліс передньої осі прирівнюється до сумарної швидкості задньої. Розподіл тяги відбувається в бік більшого опору. Припустимо, буксує заднє колесо, якщо включити блокування, тягове зусилля піде на передню вісь, колеса якої витягнуть машину, але якщо одночасно з заднім забуксує і переднє колесо, то самостійно «Нива» вже не вибереться.

Щоб такого не траплялося, автолюбителі в мости встановлюють самоблоки, які допоможуть витягнути машину, що застрягла. На сьогоднішній день найпопулярнішим серед власників «Ниви» є диференціал Нестерова.

Самоблок Нестерова

Саме в тому, як працює диференціал Нестерова, і укладено секрет його популярності.

Конструкція дифа дозволяє не тільки оптимально регулювати кутову швидкість коліс машини при здійсненні маневрів, але і в разі пробуксовок або вивішуванні колеса пристрій віддає йому мінімальну кількість енергії від двигуна. Причому реакція самоблоку на зміну дорожньої ситуації практично миттєва. Крім того, диференціал Нестерова значно покращує керованість машини навіть на слизьких поворотах, підвищує курсову стійкість, підвищує динаміку розгону (особливо в зимовий період), знижує витрату пального. А монтаж пристрою не вимагає ніяких змін у конструкції трансмісії і встановлюється точно так само, як класичний дифф.

Диференціал знайшов застосування не тільки в автомобільній техніці, він виявився вельми корисним і на мотоблоках, значно полегшивши життя його власникам.

Диференціал для мотоблока

Мотоблок – агрегат досить важкий, і, щоб його просто повернути, потрібно чимало зусиль, а при нерегульованій кутовій швидкості обертання коліс це стає ще складніше. Тому власники цих машин, якщо дифи не передбачалися спочатку конструкцією, купують і встановлюють їх самостійно.

Як працює диференціал мотоблока? По суті, він лише забезпечує легкий розворот машини, зупиняючи одне з коліс.

Інша його функція ніяк не пов’язана з перерозподілом потужності – це збільшення бази коліс. Конструкція диференціалу передбачає його використання як подовжувача осей, що робить мотоблок більш маневреним і стійким до перекидань, особливо на поворотах.

Словом, диференціал – річ вельми корисна і незамінна, а його блокування в рази підвищує прохідність автомобіля.

Блокування міжколісних диференціалів: типи, види, пристрій

У пристрої кожного автомобіля є диференціал. Це специфічний вузол, завдання якого – розподіляти крутний момент між колесами в різному співвідношенні (залежно від дорожньої обстановки). Додатково диференціал може мати блокування. Зазвичай вона є на позашляховиках або на вантажних автомобілях. Блокування міжколісного диференціалу дозволяє компенсувати основні мінуси механізму і забезпечити рівномірний розподіл моменту. У сьогоднішній статті ми розглянемо, що це за пристрій, як працює, яких видів він буває.

• Особливості диференціалу
• Різновиди блокування
• Режими роботи
• Кулачковий пристрій
• Типи самоблоків
• Дисковий
• Червячний
• Віскомуфта
• Електронне блокування
• Ув ‘язнення

Особливості диференціалу

Головна функція даного механізму – розподілити момент, який надходить від головної передачі між провідними колесами. При цьому швидкість обертання напівосей може змінюватися. Це необхідно для того, щоб автомобіль безпечно входив у поворот (без заметів). Забезпечується дана можливість завдяки сателітам, що є в диференціалі. Таким чином, коли авто входить у поворот, кутова швидкість зовнішнього колеса буде пропорційною тому, наскільки її знизила внутрішня напівось.

Різновиди блокування

Блокувати роботу диференціалу можна за допомогою прямого з ‘єднання навантаженої напівосі з корпусом. Також можна це зробити, обмеживши обертання сателітів. Дана система може бути:

• Повною. При цьому величина переданого моменту на колесо здатна досягати 100 відсотків. Всі механізми з ‘єднуються жорстко. Використовується таке міжколісне блокування диференціалу на КамАЗі і на багатьох рамних позашляховиках.
• Частковою. Момент розподілятиметься примусово за рахунок обмеження роботи складових частин диференціалу.

Режими роботи

Професіонали добре знають, що існує два режими блокування міжколісного диференціалу:

• Ручний. Як він працює? У даному випадку для примусового блокування використовується кулачковий диференціал.
• Автоматичний. Тут диференціал, що самоблокується, автоматично накладає обмеження на роботу. Ступінь і необхідність блокування визначаються різністю моменту на напівосях. Враховуються також кутові швидкості коліс. Додатково може використовуватися датчик блокування міжосевого диференціалу.

Кулачковий пристрій

Розглянемо особливості кулачкового диференціалу. Тут блокування здійснюється примусово, тобто ручним способом. Муфта жорстко з ‘єднує корпус диференціалу з навантаженою напівоссю. Кулачковий механізм приводить у дію такі види приводів:

• Механічні.
• Електричні.
• Гідравлічні.
• Пневматичні.

Система включається за допомогою спеціальної кнопки або за допомогою важельного механізму. Останній варіант використовується переважно на авто старше 2000 року.

Зазначимо, що автоматичний диференціал працює за допомогою підвищення сил тертя за рахунок зміни умов навантаження на напівось провідних коліс. Ця система називається LSD.

Типи самоблоків

Існує чотири їх різновиди:

• Дисковий.
• Віксомуфта.
• Червячний.
• Електронний.

Нижче ми детально розглянемо кожен механізм.

Дисковий

У даному випадку використовується дискова муфта. В основі лежить принцип автоматичного блокування. Вона здійснюється при зміні кутової швидкості напівосей. Так, чим більша різниця, тим більш висока ступінь перерозподілу моменту.

У системі LSD тертя здійснюється за допомогою пакетів фрикційних дисків. Один пакет має жорстке зачеплення з напівосями, а другий – з чашкою диференціалу авто.

Коли провідні колеса обертаються однаково, фрикційні пакети мають таку ж швидкість. Коли кутова швидкість змінюється, диск напівосі, який починає прискорюватися, буде передавати частину моменту на протилежну вісь. Відбувається часткове блокування диференціалу за рахунок зростання сили тертя фрикційних пакетів. Залежно від пристрою, у механізмі може бути постійний або змінний ступінь стиснення. У першому випадку вона регулюється пружинами, у другому – гідравлічним приводом.

Червячний

У чому особливості цього механізму? У даному випадку напівосі і сателіти взаємодіють між собою за допомогою черв ‘якової передачі. Така схема використовується для створення блокувань LSD. Цей привід називається “Торсен”. Дуже часто встановлюється блокування міжколісного диференціалу на “Ниву”. Також “Торсен” застосовують багато зарубіжних виробників на своїх позашляховиках і кросоверах. Суть роботи системи досить проста. При підвищенні крутячого моменту на одному колесі відбувається часткове блокування і передача потужності на друге. При цьому не потрібно додаткових вузлів. Червячний механізм є спочатку самоблокується завдяки властивостям приводу. Червячну шестерню не можуть приводити в дію інші шестерінки.

Віскомуфта

Застосовується така система блокування міжколісного диференціалу на “Дастері”. У цій ситуації муфта складається з набору перфорованих дисків. Всі вони поміщені в герметичний корпус і залиті силіконовою рідиною. Диски з ‘єднані з приводним валом і з чашкою. Силіконова рідина має цікаву особливість. Відомо, що при русі по трасі не виникає тертя дисків, а весь момент передається на передню вісь. Але як тільки відбувається пробуксовка, диски починають обертатися, збовтуючи тим самим рідину. Остання при такій обстановці змінює свою щільність. Вона стає густою, за рахунок чого диски можуть зачепитися між собою. Так відбувається перерозподіл крутячого моменту по осях і між колесами.

Чому ця система не використовується на сучасних позашляховиках? Все дуже просто. Віскомуфта не терпить тривалих пробуксовок. Одноразово вона може витягнути вас з бруду або снігу, але на офроуді вона швидко перегріється. Оскільки ремонту вона не підлягає, доведеться купувати новий механізм.

Електронне блокування

В даному випадку диференціал підвищеного тертя оснащений електронікою, яка реагує на зміну швидкості обертання коліс. Управління механізмом здійснюється автоматично за рахунок програмного забезпечення. При збільшенні обертання одного колеса на блок подається сигнал, внаслідок чого дається команда на суппорт. У результаті система закушує те колесо, яке оберталося швидше протилежного.

Це блокування також називають імітацією, оскільки фактичного перерозподілу моменту тут немає. Електроніка тільки загальмовує колесо, запобігаючи його пробуксовці. Така система часто використовується на кросоверах преміум-сегмента (“” Ауді “” або “” Рендж Ровер “). На відміну від віскомуфти, тут механізми не перегріваються. Але в плані прохідності цей автомобіль буде поступатися тому, який оснащений механічним блокуванням.

Ув ‘язнення

Ми розглянули різновиди блокувань заднього міжколісного диференціалу. Існує дуже багато систем, які мають різний пристрій і принцип роботи. Незважаючи на безліч нових розробок, механічне примусове блокування міжколісного диференціалу досі є найбільш надійним і практичним. Але такий механізм має високу вартість і вимагає більше вільного простору під днищем. Якщо вам потрібен автомобіль з повним приводом, при цьому ви не плануєте виїзд на офроуд, електронне блокування міжколісного диференціалу буде найбільш оптимальним рішенням.