Виды самоблокирующихся дифференциалов

Оглавление

• 1 Предпосылки создания блокирующихся дифференциалов
• 2 Quaife
• 3 Torsen
• 4 Дисковая блокировка
• 5 Кулачковый дифференциал
• 6 Вязкостная муфта

Конструкция и принцип работы трансмиссий современных автомобилей могут кардинально различаться между собой, тем не менее, ни одна из них не обходится без дифференциала. Он представляет собой часть главной передачи, предназначенную для разделения крутящего момента на две независимые ветви, на которых мощность и угловая скорость вращения могут варьироваться относительно друг друга.

Это позволяет компенсировать разницу расстояний, проходимых ведущими колесами автомобиля на поворотах, а значит – повысить управляемость, предотвратить пробуксовывание колес и ускоренный износ шин. Однако в классической механической конструкции дифференциала проявился ряд существенных недостатков, которые привели к разработке блокирующихся конструкций. Попробуем разобраться, для чего это нужно и как работает.

Предпосылки создания блокирующихся дифференциалов

Главной проблемой механического дифференциала, особенно опасной в случае тяжелых дорожных условий, стала возможность потери сцепления одним из ведущих колес. В таком случае происходит полное перераспределение мощности к вывешенному колесу, которое начинает свободно вращаться, а на сцепленное с поверхностью колесо поступает незначительный крутящий момент или не поступает вовсе. Чтобы бороться с этим, на первых раллийных автомобилях иногда просто заваривали дифференциал, исключая его из кинетической схемы трансмиссии. Позже появились комбинированные устройства, позволяющие временно отключать дифференциал по команде водителя – они получили название дифференциалов с ручной блокировкой.

Революционным шагом в развитии автомобилестроения стало появление самоблокирующихся дифференциалов. В силу своих конструктивных особенностей они способны в автономном режиме изменять характер своего действия. Исходной информацией для этого могут служить:

Величина крутящего момента – задает условия работы устройств типа Quaife и Torsen.

Разница угловых скоростей на ведомых шестернях – используется в дисковых и кулачковых системах, дифференциалах с вискомуфтой.

Все эти конструкции широко применяются в автомобилях самых различных типов и классов, от спорткаров до тяжелых внедорожников. Рассмотрим подробнее устройство и принцип работы самоблокирующихся дифференциалов.

Quaife

Система Quaife, разработанная в 1965 году, больше всего напоминает классическую схему. Главное отличие – использование косозубых шестерен вместо прямозубых. Результатом такого новшества стало возникновение вспомогательных сил, стремящихся раздвинуть зацепленные шестерни, отдалить их друг от друга. Получившие подвижность пары сцепленных друг с другом сателитов во время изменения крутящего момента на одном из колес расходятся, упираются торцевыми поверхностями в корпус дифференциала, в результате чего притормаживаются и выравнивают режим работы механизма.

Это она из самых простых конструкций, и именно поэтому ей свойственен ряд недостатков – быстрый механический износ, сопровождающийся падением эффективности, невозможность качественной реализации в заднеприводных и внедорожных автомобилях. Чаще всего Quaife встречается на легких переднеприводных спорткарах начального уровня.

Torsen

Система Torsen основана на червячной передаче и отличается высокой эффективностью. На сегодняшний день она объединяет три основных типа конструкций самоблокирующегося дифференциала, чувствительного к крутящему моменту:

Тип-1 предполагает использование шестерен полуосей и сателитов в качестве червячных пар.


Принцип его действия напоминает принцип действия системы Quaife – изменение момента сопровождается расклиниванием одной червяной пары и ее торможением о корпус дифференциала, а рабочий диапазон задается углом наклона зубьев червяка. Тип-1 является одним из самых мощных не только в серии, но и среди всех самоблокирующихся конструкций.

Тип-2 использует сателиты, оси которых параллельны полуосям автомобиля. Принцип блокировки основан на торможении сателитов о специальные чашки, расположенные в корпусе дифференциала.

Тип-3 включает все планетарные конструкции с червячными парами. Главное их достоинство – малые габариты, высокая эффективность, нетребовательность к условиям работы.

Теперь рассмотрим системы, принцип действия которых основан на разнице угловых скоростей ведомых шестерен дифференциала.

Дисковая блокировка

Конструкция дискового дифференциала предполагает наличие фрикционных муфт, принцип действия которых напоминает работу сцепления автомобиля. Часть дисков, входящих во фрикционные муфты, закреплена на корпусе механизма, часть связана с ведомыми шестернями конической конфигурации. Именно коническая форма способствует раздвижению и линейному перемещению шестерен, воздействующих, в свою очередь, на диски и блокирующих дифференциал. Для усиления конструкции в нее зачастую вводят вторую ведомую пару, а также распорные пружины.

Кулачковый дифференциал

Кулачковая система интересна в первую очередь тем, что позволила отказаться от применения классических шестерен в пользу сепараторного кольца, воздействующего на сухари, которые играют роль сателитов. Ведомые шестерни чаще всего сохраняются, хотя в некоторых конструкциях вместо них успешно применяют кулачковые диски или специальные кольца с волнообразной поверхностью.

Принцип работы кулачкового дифференциала основан на расклинивании сухарей между дисками – значит, при достижении некоторой разницы в угловых скоростях наступает мгновенная блокировка, а до этого момента дифференциал работает как классический механический. В наше время кулачковые механизмы, в силу своей конструктивной сложности и высоких эксплуатационных качеств, получили широкое распространение на военных и специализированных транспортных средствах, а также некоторых полноприводных автомобилях.

Вязкостная муфта

Вязкостная муфта или вискомуфта представляет собой, по сути, упрощенный и унифицированный вариант дискового дифференциала. Основным элементом конструкции является резервуар с вязкой жидкостью, в которой расположены наборы фрикционов – один соединен с полуосью, второй сообщается с ротором. Это позволяет пропорционально увеличивать сопротивление с увеличением разницы между угловыми скоростями вращения ведущих колес.

Главное достоинство вискомуфты – простота и дешевизна. Тем не менее, она достаточно громоздка и малоэффективна в действительно экстремальных дорожных условиях. Поэтому основная сфера применения муфты – недорогие легкие кроссоверы. Так она полностью раскрывает свой потенциал, выступает в роли удобно и надежного механизма.

В последние годы появление новых конструкционных материалов, совершенствование технологий их обработки и расширение возможностей компьютерного моделирования сформировали благоприятные условия для развития самоблокирующихся дифференциалов. Известные и проверенные конструкции улучшаются, создаются новые, перспективные механизмы. Вполне возможно, что вскоре самоблокирующийся дифференциал станет неотъемлемой частью большинства автомобилей.