Что такое блокировка межосевого дифференциала? зачем и для чего она нужна?

Блокировка межосевого дифференциала: что это такое

В современных автомобилях есть немало узлов и агрегатов, которые имеются во всех моделях всех марок. Одним из них является дифференциал. Он необходим для того, чтобы обеспечить разную угловую скорость колес, расположенных при повороте на внешнем и на внутреннем его радиусе. У полноприводных автомобилей есть еще межосевой дифференциал, который в большинстве случаев оснащен блокировкой.

В данной статье мы расскажем о том, что такое межосевой дифференциал, для чего нужна блокировка межосевого дифференциала и каких основных типов она бывает.

Виды дифференциалов

Существуют разновидности дифференциалов. По месту нахождения разделяют межосевые и межколёсные. Однако любой свободный дифференциал не позволит автомобилю выбраться из ситуации, когда одно из ведущих колёс попадёт в яму с глиной. Для решения подобных проблем разработчики придумали блокировку, которая, в свою очередь, подразделяется на следующие основные группы:

• блокирующиеся на 100%;
• механические устройства повышенного трения;
• самоблокирующиеся механизмы.

Каждый вид имеет как свои преимущества, так и свои недостатки. Например, «жёсткие» блокировки довольно часто приводят к износу резины, разрушению трансмиссии и быстрому выходу из строя коробки передач. И всё это закономерно, так как при эксплуатации машина постоянно попадает в ямы и наезжает на кочки, а это довольно пагубно сказывается на трансмиссии.

Чтобы выровнять недостатки обычного и жёсткого устройств, был создан цилиндрический самоблокирующийся дифференциал повышенного трения. Он имеет ещё второе название — дифференциал ограниченного проскальзывания.

Принцип действия такой конструкции довольно прост. Если к сателлитам применить определённую силу и зажать их, не позволяя им вращаться между полуосевыми шестернями с довольно большой скоростью, то получится, что, с одной стороны, механизм позволит колёсам при повороте вращаться с разной скоростью. А с другой стороны, распределит крутящий момент таким образом, что колесо, у которого будет наилучшее сцепление с дорожным покрытием, будет иметь большую силу тяги.

Ещё стоит сказать о дисковом дифференциале повышенного трения. Чаще всего такая конструкция используется в заднеприводных автомобилях, которые планируется использовать на соревнованиях. Такая система блокирует колёса до определённого уровня нагрузок. Её недостатком является довольно частая необходимость в замене дисков и масла в КПП.

На видео — принцип работы блокировки дифференциала:

А вот для использования транспортного средства как в обычных условиях эксплуатации, так и в соревнованиях очень удачной является блокировка дифференциала с преднатягом (червячного типа). Преимуществ у такой системы гораздо больше, чем недостатков. Плюсами можно назвать:

• блокирование колёс до 70%;
• минимум обслуживания;
• отсутствие рывков на руле;
• не нужно заливать в КПП специальное масло;
• установка системы не сопровождается трудностями;
• высокая проходимость машины;
• длительный срок службы конструкции;
• прекрасная управляемость автомобилем;
• отличное чувство равновесия;
• более высокая скорость прохождения поворотов;
• лёгкость вывода транспортного средства из заноса.

Что касается недостатков конструкции, то и они есть:

• с течением времени падает преднатяг;
• для работоспособности конструкции придётся каждые 20–40 тыс. км менять регулировочные шайбы;
• если не проводить регулировочные работы, то система будет работать как свободный дифференциал.

Что такое межосевой дифференциал — разбираемся вместе

• Что такое межосевой дифференциал — разбираемся вместе
• Конструкция межосевого дифференциала
• Принцип работы межосевого дифференциала
• Предназначение межосевого дифференциала
• Режимы работы межосевого дифференциала

Дифференциал – устройство, управляющее распределением вращательного момента между входным и выходными валами. Хотя скорость отдельных элементов может разниться. Данный механизм успешно применяется в автомобилестроении и широко применим в нём. Различие дифференциалов проявляется в месте их установки, предназначению и конструктивным особенностям. Автомобили с приводом только на заднюю или переднюю ось оснащаются одним дифференциалом – межколёсным.

• Конструкция межосевого дифференциала
• Принцип работы межосевого дифференциала
• Предназначение межосевого дифференциала
• Режимы работы межосевого дифференциала

Необходимость в наличии дифференциала вызвана особенностями поведениями колёс в поворотах. Они проходят различное расстояние в эти моменты. Грузовые автомобили с приводами 6х6 и 8х8 оснащаются дополнительным межтележечным дифференциалом. В моделях с полным приводом устанавливаются три дифференциала: кроме двух межколёсных, ещё и один межосевой. О работе межосевого дифференциала, о его конструкции и предназначении мы и поговорим далее более подробно.

Конструкция межосевого дифференциала

Дифференциалы легковых автомобилей, как правило насчитывают два сателлита. Полуосевые (солнечные) шестерни передают вращение на ведущие колёса через полуоси по шпицевому соединению. Правая и левая шестерни полуосей имеют как равное, так и различное число зубцов. Шестерни с равным количеством зубцов образуют симметричный дифференциал, в то время, когда неравное количество зубцов характерно для несимметричного дифференциала.

Симметричный дифференциал распределяет вращение по осям в равных пропорциях, в независимости от того какой величины угловые скорости ведущих колёс. Благодаря своим свойствам симметричный дифференциал успешно применяется как межколёсный дифференциал. Несимметричный дифференциал разделяет крутящий момент в определённом соотношении, поэтому его устанавливают между осями полноприводного автомобиля.

Принцип работы межосевого дифференциала

Когда автомобиль движется по прямолинейной траектории по ровной дороге, расстояние, пройденное ведущими колёсами будет равным, так как у обоих колёс будет одинаковая угловая скорость. В процессе такого движения все сателлиты, шестерни и корпус дифференциала синхронизированы. Передачу крутящего момента данному механизму обеспечивает шестерня. Также отметим и тот факт, что при таком движении крутящий момент на каждом из ведомых колёс одинаков, а полуосевые шестерни заклиниваются сателлитами, которые статичны относительно своей оси.

Когда автомобиль входит в поворот, путь, который проходит колесо, идущее по внутреннему краю, меньший, чем у колеса на внешнем круге, следовательно и скорость вращения у них разная. Для стабилизации ситуации полуосевая шестерня замедляется, а сателлиты и корпус в это время упираются в полуосевую шестерню слева. Благодаря тому, что сателлиты вращаются вокруг своей оси, растёт и скорость, с которой вращается правая полуосевая шестерня. Это позволяет ведущим колёсам вращаться с разными скоростями, что предотвращает проскальзывание и пробуксовку. Отметим, что колесо с большей скоростью вращения получает меньший крутящий момент.

Давайте рассмотрим дифференциал с классической конструкцией. Основным его недостатком будет пробуксовка одного колеса, когда оно потеряет контакт с дорожной поверхностью. Всё дело в том, что колесо в подвешенном состоянии вращается примерно в два раза быстрее колеса, которое контактирует с дорогой при равном количестве оборотов ведомой шестерни дифференциала. Второе колесо остаётся статичным. Причиной всему является очень маленький крутящий момент, подведённый к нему, так как вращающееся подвешенное колесо получает незначительное сопротивление крутящего момента. Исходя из этого понятно, что крутящий момент противоположного колеса аналогично мал, поэтому оно и неподвижно.

Если колесо пробуксовывает на повышенных оборотах в среде со значительным сопротивлением, крутящий момент, подаваемый на него будет большим в сравнении с проскальзывающим колесом, а следовательно и второму колесу будет предоставляться больший момент для осуществления вращения. Благодаря такому распределению автомобиль может медленно, но уверенно выбираться из ловушки. Буксующее колесо затрачивает много мощности, расходуемой на нагрев дорожного полотна, покрышек и т.д. Пробуксовка заметно снижает проходимость автомобиля с со свободным дифференциалом. Чтобы избежать подобных проблем, на автомобили устанавливают дифференциалы с возможностью их блокировки, как ручной, так и автоматической.

Предназначение межосевого дифференциала

Как Вам уже стало понятно, предназначение межосевого дифференциала заключается в распределении крутящего момента между ведущими осями в полноприводных автомобилях, что даёт им возможность вращения с различными угловыми скоростями. Потребность в таком механизме возникла в следствии движения автомобилей по неровным поверхностям, когда масса самой конструкции давит на ось, что находится в гораздо низком положении. Так, если Вы едете под горку, то большая часть крутящего момента передаётся на заднюю ось. В случае спуска же всё происходит наоборот. Сам механизм межосевого дифференциала располагается, как правило, в раздаточной коробке транспортного средства.

По своему типу межосевой дифференциал может быть, как симметричным, так и несимметричным. Первый вариант дифференциалараспределяет крутящий момент в соотношении 50/50, когда второй в разных соотношениях, например, 60/40. Кроме того бывают межосевые дифференциалы, не имеющие блокировочного механизма, что не позволяет двигаться колёсам с разными скоростями. Есть самоблокирующиеся дифференциалы и с ручной блокировкой.

Второй вариант позволяет принудительно распределять крутящий момент между осями. Это хорошо помогает преодолевать различные дорожные преграды в виде грязи, песка или снега. Принудительное блокирование межосевого дифференциала может быть полным и частичным. При этом обеспечивается жёсткое соединение полуосей между собой. Зачастую для реализации всего внедорожного потенциала автомобиля применяется дифференциал с механизмом автоматической блокировки. Он имеет три вида конструкций и соответственно различные принципы функционирования.

Режимы работы межосевого дифференциала

Работа симметричного межосевого дифференциала разделяется на три, присущих ему, режима:

— прямолинейное движение;

— движение в повороте;

— движение по скользкой дороге.

При движении прямо, колёса принимают на себя равнораспределённое сопротивление дорожного полотна. Крутящий момент передаётся к корпусу дифференциала от главной передачи. Вместе с ним перемещаются и сателлиты. Сателлиты, обходя шестерни полуосей, передают на ведущие колёса весь крутящий момент в равных пропорциях. В отсутствии вращения сателлитов на осях, шестерни полуосей движутся с одинаковой угловой скоростью. Они вращаются с той же частотой, что и ведомая шестерня главной передачи.

При входе в поворот, ведущее колесо, идущее по внутреннему радиусу, принимает на себя большее сопротивление, чем колесо внешнего радиуса. Внутренняя полуосевая шестерня замедляет своё движение и побуждает вращаться сателлиты вокруг своей оси. Они в свою очередь, ускоряют вращение наружной шестерни полуоси. Колёса, движущиеся с разными угловыми скоростями позволяют проходить автомобилю поворот без излишней пробуксовки. Сумма частот вращения полуосевых шестерен внутри и снаружи равна частоте вращения ведомой шестерни, умноженной на двое. Крутящий момент распределяется между ведущими колёсами в равной степени. И на это не влияет разность угловых скоростей.

Когда автомобиль движется по скользкой дороге, одно колесо принимает на себя большую часть сопротивления, в то время как второе пробуксовывает или проскальзывает. Дифференциал заставляет вращаться «проблемное» колесо с большей скоростью. Второе колесо вынуждено остановиться. Сила тяги, образуемая на буксующем колесе очень мала в силу низкого сцепления, поэтому его вращение тоже происходит с небольшой скоростью. А в силу конструкции симметричного дифференциала, другое колесо будет обладать теми же характеристиками на тот момент. Ситуация зашла в тупик – автомобиль не сдвигается с места. Решить эту проблему можно увеличив крутящий момент на небуксующем колесе. Это легко осуществляется блокировкой дифференциала.

Подписывайтесь на наши ленты в таких социальных сетях как, Facebook, Вконтакте, Instagram, Pinterest, Yandex Zen, Twitter и Telegram: все самые интересные автомобильные события собранные в одном месте.

Самоблокирующийся дифференциал (самоблок)

С целью значительного упрощения управлением работой этого механизма, сконструированы специальные устройства с возможностью самоблокировки. Сегодня можно встретить несколько таких конструкций:

• Дисковая система, у которой повышенное трение;
• Блокировки вязкостного типа;
• Винтовая или червячная система.

Некоторое время назад появились электронные разработки управления такими системами. Они работают совместно с датчиками на колёсах и успешно совмещаются с системами антиблокировки и антипробуксовки.

Устройство раздаточной коробки и назначение ее деталей

Несмотря на некоторые отличия, можно выделить общее в устройстве всех раздаток.

Коробка состоит из:

• ведущего вала;
• межосевого дифференциала;
• механизма блокировки межосевого дифференциала;
• вала привода задней оси;
• цепной (или зубчатой) передачи;
• понижающей передачи;
• вала привода передней оси.

Крутящий момент передается ведущим валом от коробки передач к раздатке. В функцию межосевого дифференциала входит распределение крутящего момента между осями. Это дает им возможность вращаться с разными угловыми скоростями.

Симметричный межосевой дифференциал поровну распределяет крутящий момент между осями. Несимметричный осевой дифференциал распределяет тот же момент в определенном соотношении. Межосевой дифференциал не применяется в раздатках, установленных в системах полного привода с автоматическим и ручным подключением.

Механизм блокировки межосевого дифференциала предусматривает полное или частичное его отключение, благодаря чему обеспечивается жесткое соединение передней и задней осей между собой и полная реализация полноприводных возможностей автомобиля. Блокировка дифференциала может осуществляться вручную или автоматически.

Вал привода задней оси устанавливается соосно к ведущему валу. Функция цепной, или зубчатой, передачи заключается в обеспечении доставки крутящего момента на переднюю ось.

Цепная передача состоит из ведущего и ведомого колес и приводной цепи. Наряду с цепной, в раздаточной коробке может быть использована цилиндрическая зубчатая передача.

Понижающая передача служит увеличению крутящего момента при движении автомобиля по бездорожью. Она выполнена в форме планетарного редуктора и устанавливается в раздаточных коробках внедорожников.

Раздатки автомобилей с системой полного привода с ручным подключением предусматривают возможность использования передней оси. Раздаточные коробки постоянного полного привода включают функцию отключения переднего вала (оси).

Конструкция раздаточной коробки определяет режимы ее работы. Это может быть:

• включение заднего моста;
• включение двух мостов;
• включение двух мостов с блокировкой межосевого дифференциала;
• включение двух мостов на понижающей передаче с блокировкой межосевого дифференциала;
• включение двух мостов при автоматической блокировке межосевого дифференциала.

Переключить режимы работы раздаточной коробки можно при помощи рычага управления, поворотного переключателя или кнопок панели приборов.

“Haldex”

ЭТО НАЗВАНИЕ образовано от имени собственного шведской фирмы “Haldex”, первой в мире разработавшей и запатентовавшей дифференциал на основе многодисковой муфты с электронным управлением. В последнее время такие устройства становятся все более и более популярными. Причем подавляющее большинство автопроизводителей использует на своих моделях дифференциалы, произведенные непосредственно фирмой “Haldex”. Дело в том, что выпускаются такие муфты в виде единого узла, легко адаптируемого к установке практически на любой автомобиль.

По своей конструкции муфта “Haldex” отчасти похожа на виско-муфту, но отличается от нее принципом работы. В шведском устройстве блокировка производится не за счет изменения свойств залитой в корпус жидкости, а путем сжатия дисков с помощью управляемого электроникой гидропривода. Например, если датчики фиксируют, что один вал дифференциала начал вращаться быстрее, то блок управления немедленно дает команду электрическому насосу поднять давление в системе и прижать один диск к другому. Таким образом “Haldex” блокируется. А регулируя усилие сжатия дисков, электронный блок управляет и степенью блокировки муфты.

Относительно небольшая стоимость, минимальные запаздывания в работе и гибкость настроек – главные преимущества гидравлической многодисковой муфты типа “Haldex”. Поэтому на современных автомобилях такие устройства широко используются как совместно с обычным дифференциалом (для его блокировки), так и вместо него (к примеру, для подключения полного привода на многих внедорожниках). Такой трансмиссией, основанной на многодисковой гидравлической муфте, могут похвастать “Nissan X-Trail”, “Renault Koleos”, “VW Tiguan”, “Mitsubishi Outlander XL”, “Toyota RAV4”, “Audi TT”, “Audi A3”, “VW Golf 4Motion” и, естественно, все полно-приводные модели “Volvo”.

Главный недостаток дифференциала

Дифференциал служит для распределения крутящего момента, поступающего от главной передачи, между полуосями ведущих колес. Крутящий момент постоянен, но соотношение его величины на ведущих колесах в определенных ситуациях должно быть различным.

Эта функция важна, когда автомобиль входит в поворот: внешнее колесо движется по большему радиусу и, соответственно, проходит за равный промежуток времени больший путь, чем внутреннее колесо. Чтобы «успеть» это сделать, угловая скорость внешнего колеса на время прохождения поворота должна повышаться.

Из-за смены направления движения центр тяжести автомобиля смещается в сторону поворота. В результате увеличивается сила сопротивления качению, и внутреннее колесо оказывается под большей нагрузкой, чем внешнее. Оно снижает скорость, дополнительно нагружая свою полуось.

На этом этапе в корпусе дифференциала из-за снижения угловой скорости более нагруженной полуоси внутреннего колеса начинают вращаться сателлиты. Они сообщают больший крутящий момент второй полуоси. Внешнее колесо повышает угловую скорость пропорционально тому, насколько ее снизило внутреннее колесо. Благодаря точному соотношению угловых скоростей машина проходит поворот плавно, без прыжков и пробуксовки.

Тот же принцип распределения крутящего момента действует в ситуации, когда одно из колес буксует в грязи, на льду или попадает на ухаб. Оно получает больший крутящий момент, ослабляя тяговую мощность колеса, находящегося в хорошем сцеплении с дорогой. Критическая ситуация может возникнуть при распределении в процентном соотношении 0% к 100%: автомобиль перестанет двигаться.

Чтобы машина сдвинулась с места, необходимо перераспределить крутящий момент, сообщив большее его значение нагруженному колесу. При работающем дифференциале сделать это невозможно. Поэтому его частично или полностью блокируют.

Селективный (отключаемый) полный привод

Объединить плюсы part-time и full-time смог селективный полный привод. Самый известный из них — Super Select от Mitsubishi (Pajero, Pajero Sport, Delica), хотя подобных систем было много: Multi-Mode у Toyota (Hilux Surf, 4Runner, Sequoia), All-mode 4WD у Nissan (Pathfinder), SelecTrac у Jeep (Grand Cherokee) и другие. Не «Супер-Селектом» единым!

Селективный полный привод представляет собой отключаемый full-time. Автомобиль может ездить на заднем приводе для экономии топлива и улучшения динамики (как на part-time), а при необходимости водитель подключает «передок», причём без ограничений: межосевой дифференциал здесь есть, так что на полном приводе можно ездить по любым покрытиям и на любых скоростях. Конечно, есть и жёсткая блокировка центрального дифференциала, ведь селективные системы 4WD встречаются только на полноценных внедорожниках.

Идеальный полный привод? Возможно — до тех пор, пока всё работает исправно. Большое количество режимов усложнило конструкцию, и со временем неизбежны проблемы с датчиками, контроллерами, актуаторами и прочими деталями этой, безусловно, продвинутой системы 4WD.

Плюсы и минусы селективного 4WD

✅ Возможность отключать 4WD для экономии топлива.

✅ Возможность ездить на 4WD по любым покрытиям.

⛔ Переусложнение конструкции, возможность отказов.

Типы, устройство и принцип действия межосевого дифференциала

В различных ТС используются межосевые дифференциалы, построенные на основе планетарных механизмов. В общем случае агрегат состоит из корпуса (обычно составленного из двух чашек), внутри которого располагается крестовина с сателлитами (коническими шестернями), соединенными с двумя полуосевыми шестернями (шестернями привода ведущих мостов). Корпус посредством фланца соединен с карданным валом, от которого весь механизм получает вращение. Шестерни посредством валов соединены с ведущими шестернями главных передач своих мостов. Вся эта конструкция может размещаться в собственном картере, установленном на картере промежуточного ведущего моста, или в корпусе раздаточной коробки.

Функционирует межосевой дифференциал следующим образом. При равномерном движении автомобиля по дороге с ровным и твердым покрытием крутящий момент от карданного вала передается на корпус дифференциала и зафиксированную в нем крестовину с сателлитами. Так как сателлиты входят в зацепление с полуосевыми шестернями, то обе они тоже приходят во вращение и передают крутящий момент к своим мостам. Если по какой-либо причине колеса одного из мостов начинают затормаживаться, связанная с данным мостом полуосевая шестерня замедляет свое вращение — сателлиты начинают катиться по этой шестерне, что приводит к ускорению вращения второй полуосевой шестерни. В результате колеса второго моста приобретают увеличенную относительно колес первого моста угловую скорость — так компенсируется разность нагрузок на оси.

Межосевые дифференциалы могут иметь некоторые конструктивные отличия и особенности работы. В первую очередь, все дифференциалы делятся на две группы по характеристикам распределения крутящего момента между двумя потоками:

• Симметричные — распределяют момент равномерно между двумя потоками;
• Несимметричные — распределяют момент неравномерно. Это достигается использованием полуосевых шестерен с различным количеством зубьев.

При этом практически все межосевые дифференциалы имеют механизм блокировки, который обеспечивает принудительную работу агрегата в режиме симметричного распределения крутящего момента. Это необходимо для преодоления сложных участков дорог, когда колеса одной оси могут отрываться от дорожного покрытия (при преодолении ям) или терять с ним сцепление (например, пробуксовывать на льду или в грязи). В таких ситуациях весь крутящий момент поступает на колеса этой оси, а колеса, имеющие нормальное сцепление с дорогой, вовсе не вращаются — автомобиль просто не может продолжать движение. Механизм блокировки принудительно распределяет крутящий момент между осями поровну, предотвращая вращение колес с разной скоростью — это позволяет преодолевать сложные участки дорог.

Блокировка может быть двух типов:

• Ручная;
• Автоматическая.

В первом случае дифференциал блокируется водителем с помощью специального механизма, во втором случае агрегат самоблокируется при наступлении определенных условий, о которых сказано ниже.

Механизм блокировки с ручным управлением обычно выполняется в виде зубчатой муфты, которая располагается на зубцах одного из валов, и может входить в зацепление с корпусом агрегата (с одной из его чаш). При перемещении муфта жестко соединяет вал и корпус дифференциала — в этом случае данные детали вращаются с одинаковой скоростью, и каждая из осей получает половину общего крутящего момента. Управление блокирующим механизмом в грузовых автомобилях чаще всего имеет пневматический привод: зубчатая муфта перемещается с помощью вилки, управляемой штоком встроенной в картер дифференциала пневматической камеры. Подача воздуха на камеру осуществляется специальным краном, управляемым соответствующим переключателем в кабине автомобиля. Во внедорожниках и другой технике без пневмосистемы управление механизмом блокировки может быть механическим (с помощью системы рычагов и тросов) или электромеханическим (с помощью электромотора).

Самоблокирующиеся дифференциалы могут иметь механизмы блокировки, отслеживающие разность крутящих моментов или разность угловых скоростей осей привода ведущих мостов. В качестве таких механизмов могут использоваться вязкостные, фрикционные или кулачковые муфты, а также дополнительные планетарные или червячные механизмы (в дифференциалах типа Torsen) и различные вспомогательные элементы. Все эти устройства допускают некоторую разность крутящих моментов на мостах, при превышении которой они блокируются. Рассматривать устройство и работу самоблокирующихся дифференциалов здесь мы не будем — сегодня существует множество реализаций данных механизмов, подробнее о них можно узнать в соответствующих источниках.

Виды автомобильных дифференциалов

Виды дифференциалов по принципу работы таковы:

С полной блокировкой. Блокировка выполняется водителем принудительно. Из-за того, что угловая скорость колес становится равной, при поворотах ухудшается управляемость и увеличивается износ покрышек. Подобной блокировкой оснащались автомобили ВАЗ-2121.