Самоблокирующиеся и принудительные блокировки

Что такое самоблокируемый дифференциал

Что такое самоблокирующийся червячный дифференциал?

11.jpg

Самоблокирующийся червячный дифференциал (самоблок) - устройство, которое позволяет частично компенсировать главный недостаток свободного дифференциала, а именно его полную беспомощность при наезде одного колеса на скользкое покрытие. По принципу работы, самоблокирующиеся дифференциалы можно разделить на два типа: speed sensitive, то есть срабатывающих от разницы в угловых скоростях вращения полуосей, и torque sensitive — срабатывающих от разницы передаваемого на полуоси крутящего момента. Для понимания работы самоблока сначала разберёмся с принципом работы обыкновенного дифференциала и его недостатками.

Дифференциал — это механическое устройство, которое передает крутящий момент с одного источника на два независимых потребителя таким образом, что угловые скорости вращения источника и обоих потребителей могут быть разными относительно друг друга. Такая передача момента возможна благодаря применению так называемого планетарного механизма. В автомобилестроении, дифференциал является одной из ключевых деталей трансмиссии. В первую очередь он служит для передачи момента от коробки передач к колёсам ведущего моста.

Принцип работы обыкновенного дифференциала

Почему для этого нужен дифференциал? В любом повороте, путь колеса оси, двигающегося по короткому (внутреннему) радиусу, меньше, чем путь другого колеса той же оси, которое проходит по длинному (внешнему) радиусу. В результате этого, угловая скорость вращения внутреннего колёса должна быть меньше угловой скорости вращения внешнего колеса. В случае с не ведущим мостом, выполнить это условие достаточно просто, так как оба колеса могут не быть связанными друг с другом и вращаться независимо. Но если мост ведущий, то необходимо передавать крутящий момент одновременно на оба колеса (если передавать момент только на одно колесо, то возможность управления автомобилем по современным понятиям будет очень плохой).

При жесткой же связи колёс ведущего моста и передачи момента на единую ось обоих колёс, автомобиль не мог бы нормально поворачивать, так как колеса, имея равную угловую скорость, стремились бы пройти один и тот же путь в повороте. Дифференциал позволяет решить эту проблему: он передаёт крутящий момент на раздельные оси обоих колёс (полуоси) через свой планетарный механизм с любым соотношением угловых скоростей вращения полуосей. В результате этого, автомобиль может нормально двигаться и управляться как на прямом пути, так и в повороте.

Однако, ввиду физики устройства, у планетарного механизма есть очень нехорошее свойство: он стремится передать полученный крутящий момент туда, куда легче. Например, если оба колеса моста имеют одинаковое сцепление с дорогой и усилие, необходимое для раскручивания каждого из колёс одинаковое, дифференциал будет распределять крутящий момент равномерно между колёсами. Но стоит только появится ощутимой разнице в сцеплении колёс с дорогой (например, одно колесо попало на лёд, а другое осталось на асфальте), как дифференциал тут же начнёт перераспределять момент на то колесо, усилие для раскрутки которого наименьшее (то есть на то, которое находится на льду). В результате, колесо, находящееся на асфальте перестанет получать крутящий момент и остановится, а колесо, находящееся на льду примет на себя весь момент и будет вращаться с увеличенной угловой скоростью, причем планетарный механизм будет играть роль редуктора, повышающего скорость вращения этого колеса. Естественно, это явление сильно ухудшает проходимость и управляемость автомобиля. Ведь по логике вещей, в рассмотренной ситуации момент желательно передавать на колесо, расположенное на асфальте, чтобы автомобиль мог продолжить движение.

В полноприводных автомобилях дифференциалом обычно оборудованы два моста, а зачастую дифференциал можно обнаружить еще и между мостами (межосевой дифференциал). Таким образом, мы получаем схему трансмиссии, в которой присутствуют целых три дифференциала: два мостовых и один межосевой. Последний необходим для постоянного движения с полным приводом и передачей момента на все четыре колеса. Ведь в повороте колёса рулевого моста (обычно переднего) имеют совсем другие угловые скорости, нежели чем колёса заднего моста. Межосевой дифференциал призван передавать крутящий момент от коробки передач к обоим ведущим мостам с разным соотношением угловых скоростей. Такая схема с тремя дифференциалами является одной из самых распространённых схем для постоянного полного привода (Full time 4WD).

Возвращаясь к вышеописанному проблемному свойству планетарного механизма, интересно рассмотреть ситуацию, когда полноприводный автомобиль с межосевым дифференциалом одним из четырёх колёс попал на тот же лёд (или в скользкую яму). Что тогда произойдёт ? Дифференциал моста, колесо которого находится на льду, отдаст весь полученный крутящий момент на это колесо. Межосевой дифференциал, в свою очередь, тоже стремится передать крутящий момент туда, куда легче. Естественно, межосевому дифференциалу легче отдать момент на мост с прокручивающимся на льду колесом, нежели чем на мост, колёса которого имеют хорошее сцепление с дорогой и могут двигать автомобиль. В результате, весь крутящий момент от двигателя и коробки передач пойдёт на раскручивание единственного колеса, находящегося на льду. Остальные три колеса остановятся и не будут получать никакого крутящего момента от дифференциалов. Итог: из четырёх ведущих колёс осталось только одно, которое проскальзывает на льду — полноприводный автомобиль «застрял». Как же заставить дифференциалы передавать крутящий момент на колёса с более хорошим дорожным сцеплением? Для этого были разработаны различные способы частичной и полной, ручной и автоматической блокировки дифференциалов, которые будут рассмотрены ниже.

Основной целью блокировки дифференциала является передача необходимого крутящего момента обоим его потребителям (полуосям или карданам). Существуют принципиально разные методы решения данной задачи. В данном разделе мы рассмотрим способ частичной блокировки с помощью самоблокирующегося дифференциала. Другие способы частичной блокировки дифференциала можно посмотреть здесь, а с метод полной блокировки дифференциала можно ознакомится в разделе «Что такое принудительная блокировка?»

Самоблокирующийся червячный дифференциал типа «Квайф»

quaife1.jpg

Автором этой конструкции является англичанин Rod Quaife. В данном случае, оси сателлитов параллельны полуосям. Сателлиты расположены в своеобразных карманах чашки дифференциала. При этом парные сателлиты имеют не прямозубое зацепление, а образуют между собой еще одну гипоидную пару, которая расклиниваясь, так же участвует в процессе блокировки.

Принцип работы cамоблокирующегося дифференциала

principSD1.jpg

На рисунке приведен эскиз самоблокирующегося дифференциала. Рассмотрим его элементы и принцип работы.

Когда одно из колес (например, правое) начинает отставать, связанная с ним полуосевая шестерня 4 вращается медленнее корпуса 1 и поворачивает входящий с ней в зацепление сателлит 5. Он передает движение связанному с ним сателлиту 5 из левого ряда, а тот, в свою очередь, на левую полуосевую шестерню 3. Так обеспечиваются разные угловые скорости колес в повороте. Благодаря разности крутящих моментов на колесах в винтовом зацеплении возникают осевые и радиальные силы, прижимающие полуосевые шестерни 3, 4 и сателлиты 5, 6 торцами к корпусу 1, 2. Сателлиты 5, 6 также прижимаются к поверхности отверстий 8, в которых они расположены. За счет этого и возникают силы осуществляющие частичную блокировку. Степень блокировки определяется соответствующим коэффициентом.

Самоблокирующиеся дифференциалы производства компании "НИРФИ" - это живое воплощение классической конструкции, которую разработал англичанин Род Квайф ( Rod Quaife).

Дифференциал типа Квайф призван обеспечить равномерное распределение крутящего момента на оба колеса сразу, в зависимости от степени сцепления шин с дорогой. Принцип работы такого дифференциала достаточно прост и понятен.

Основная особенность самоблока типа Квайф - в расположении сателлитов: они размещаются параллельно оси вращения корпуса в два ряда, при этом они не закреплены на корпусе, а расположены в специальных закрытых с двух сторон карманах корпуса. Соответственно, левый ряд сателлитов входит в зацепление с левой шестерней полуоси, а правый - с правой.

Что происходит когда одно из колес начинает отставать? При отставании одного колеса связанная с ним шестерня начинает вращаться медленнее корпуса и проворачивать связанный с ней сателлит. Принцип работы самоблока основан на трении: в винтовом зацеплении возникают радиальные и осевые силы, которые прижимают полуосевые шестерни и сателлиты торцами к корпусу дифференциала - это обеспечивает его частичную блокировку дифференциала. В свою очередь блокировка дифференциала увеличивает тягу на том колесе, которое отстает, соответственно увеличивается и суммарная тяга автомобиля и обеспечивается повышение проходимости.

Единственный недостаток дифференциалов типа Квайф - это их неэффективность при вывешенном колесе. Когда разница в сопротивлении колес становится значительной, практически весь крутящий момент передается на то колесо, у которого отсутствует зацепление с дорожным покрытием. Именно поэтому мы не рекомендуем устанавливать самоблоки этого типа спортсменам и любителям очень крутого бездорожья. А для тех, кто хочет купить самоблок для обычной езды по сложным российским дорогам самоблокирующиеся дифференциалы НИРФИ -это отличное решение с идеальным соотношением цена/качество.

Дифференциалы НИРФИ недороги и просты в установке, кроме того от водителя не требуется принимать решения о том, когда необходимо включать блокировку - дифференциал чутко реагирует на разность крутящих моментов на дороге. Скорее всего, вы даже не заметите, что дифференциал сработал. Из-за того, что полной блокировки дифференциала не наступает значительно снижается вероятность поломки полуоси.

Установив самоблок НИРФИ вы сразу заметите, ваш автомобиль станет быстрее разгоняться на дорогах с любым покрытием, повысится проходимость и управляемость автомобиля. Самоблокирующийся дифференциал в значительной степени устраняет пробуксовку колес при разных коэффициентах сцепления колес вашего автомобиля. Самоблок работает полностью автоматически: разблокировка наступает при сбросе газа.

От вас не потребуется осваивать какие-то специальные навыки вождения автомобиля с самоблоком, единственное нужно проявлять повышенное внимание при выполнении маневров. Но, мы уверены, что для любого водителя - это и так скорее правило, чем исключение.

Все самоблокирующиеся дифференциалы компании "НИРФИ" производятся в заводских условиях, из высококачественных материалов иимеют заводскую гарантию. Они просты в установке (вы вполне сможете установить самоблок самостоятельно) и весьма недороги. Вам остается только выбрать дифференциал для вашей марки автомобиля и быть уверенными, что теперь вам не страшны никакие сюрпризы наших дорог.