Межколесные дифференциалы

Межколесные дифференциалы

 

Межколесные дифференциалы является составной частью ведущего моста. Они обеспечивают качение ведущих колес с разными угловыми скоростями на поворотах, когда колеса проходят разные по длине пути. Качение колес с разными угловыми скоростями может потребоваться даже при прямолинейном движении, вследствие эксплуатационного изменения радиуса колес, например, из-за разного давления в шинах, разной степени изношенности шин или различиях в нагрузках на колеса.

 

 

Вместе с этим, дифференциал еще и распределяет крутящий момент на оба ведущих колеса, причем это распределение может быть как симметричным (50:50), когда применяется простой симметричный дифференциал, так и допускающим существенное различие в величине момента до 2-4 раз за счет применения дифференциала повышенного трения или самоблокирующегося дифференциала.

 

Межколесные дифференциалы и самоблокирующиеся дифференциалы

 

Обычный межколесный конический дифферен¬циалРазница угловых скоростей колес одной оси, воз­никающая, к примеру, при прохождении пово­рота, компенсируется с помощью межколесного конического дифференциала (рис. 9 «Обычный межколесный конический дифферен­циал«). Однако у автомобилей с традиционным диф­ференциалом есть один существенный недоста­ток, который выражается в ухудшении тяги из-за прокручивания одного из ведущих колес при по­падании на скользкую поверхность, щебень и т.п. В этом случае весь крутящий момент двигателя направляется на прокручивающееся колесо. Дру­гое колесо остается неподвижным и автомобиль просто не может тронуться с места.

Чтобы устранить этот недостаток, многие про­изводители начали оснащать свои автомобили соответствующими системами блокировки меж­колесного дифференциала. Существуют вариан­ты блокировки с геометрическим или силовым замыканием, в зависимости от типа автомобиля и схемы привода колес.

 

Блокировка межколесного дифференциала с геометрическим замыканием

 

Блокировка межколесного дифференциала с геометрическим замыканием (рис. 10 «Дифференциал, имеющий блокировку с геометрическим замыканием«) по­зволяет уравнивать частоты вращения колес пу­тем установления жесткой связи между корпусом дифференциала (1) и одной из полуосей (3) с по­мощью скользящей муфты (2).

 

Дифференциал, имеющий блокировку с геометрическим замыканием

 

 

Блокировка межколесного дифференциала с силовым замыканием

 

Блокировка межколесного дифференциала с силовым замыканием обеспечивается так назы­ваемым самоблокирующимся дифференциалом или дифференциалом с ограничением проскаль­зывания. На рисунке 11 изображен самоблокирую­щийся дифференциал ZF серии DL.

 

Самоблокирующийся дифференциал ZF серии DL

 

Помимо деталей, типичных для любого диф­ференциала, он оснащен двумя симметрич­но расположенными нажимными кольцами и многодисковыми муфтами. Нажимные кольца (2) и наружные диски муфт (3) жестко соединены с корпусом дифференциала (8), в то время как внутренние диски муфт (4) входят в зацепление с конической шестерней полуоси (5).

Самоблокирующее действие дифференциа­ла проявляется при передаче крутящего мо­мента через оба нажимных кольца на полуоси. При этом  в результате перемещения нажим­ных колец относительно сателлитов диффе­ренциала (6) кольца отжимаются наружу и па­кеты дисков сжимаются. При разнице частоты вращения ведущих колес между наружными и внутренними дисками возникает трение, в ре­зультате чего колесо, вращающееся медлен­нее, увлекается колесом, которое вращается быстрее.

Блокирующее действие всегда находится в по­стоянном соотношении с крутящим моментом от двигателя. Это соотношение, часто называемое коэффициентом блокировки (к примеру, 40 %), зависит от количества дисков и угла наклона кли­новых поверхностей на нажимных кольцах.

При наличии автоматической системы регули­ровки привода ведущих колес (ASR) система бло­кировки межколесных дифференциалов имеет электронное управление и гидравлический при­вод. На рисунке 12 в качестве примера изобра­жен автоматический самоблокирующийся диф­ференциал (ASD) производства Mercedes-Benz.

 

Автоматический самоблокирующийся дифференциал (ASD), Mercedes-Benz

 

Этот дифференциал также имеет два симметрич­но расположенных пакета дисков (1). Однако при этом блокирующее действие реализуется не с по­мощью нажимных колец, а исключительно за счет усилия на зубьях сателлитов дифференциала (2). Кроме этого, с каждой стороны расположено по одному кольцевому поршню (3), на которые дей­ствует давление гидравлической системы. Такой поршень воздействует через наружный шарико­подшипник (4) на полуось (5) и отводит ее вместе с конической шестерней (6) полуоси наружу. Бла­годаря этому увеличивается усилие прижима на пакете дисков и, тем самым, коэффициент бло­кировки, который может достигать 100 % (полная блокировка).

Работающая автоматически система активизи­рует дополнительную гидравлическую блокиров­ку только в случае необходимости. При этом ко­манды на подключение формируются и выдаются электронным блоком.

На современных легковых автомобилях в ка­честве межколесных дифференциалов исполь­зуются также несимметричные самоблокирую­щиеся дифференциалы с одной единственной фрикционной муфтой. Несимметричность про­является в том, что сателлиты дифференциала испытывают различную нагрузку в зависимости от направления поворота, или даже в том, что ко­эффициент блокировки может быть различным в зависимости от частоты вращения колес (левый или правый поворот).

На рисунке 13 изображен межколесный дифференциал с электронным управлением и гидравлической многодисковой муфтой, несим­метрично расположенной между корпусом диф­ференциала и полуосью.

 

межколесный дифференциал с электронным управлением

 

 

Вязкостная муфта (вязкостная блокировка)

 

Вязкостная муфта (рис. 15) может использо­ваться для различных целей, к примеру, вместо блока «дифференциал/раздаточная коробка» или в качестве элемента бло­кировки для межосевых и межколесных диффе­ренциалов.

Вязкостная муфта как элемент блокировки входит в состав межколесных дифференциалов, изображенных на рисунке 14 «Межколесные дифференциалы с вязкостной муфтой». Различие между двумя исполнениями состоит в расположении и, как следствие, в блокирующем действии муфты. На правом рисунке вязкостная муфта расположе­на между корпусом дифференциала и полуосью, а на левом — между двумя полуосями.

 

Межколесные дифференциалы с вязкостной муфтой

 

Вязкостная муфта (рис. 15 «Вязкостная муфта с дисками«) состоит из ци­линдрического корпуса, наполненного силиконо­вым маслом, в котором размещены диски различ­ной формы. Перфорированные наружные диски (2) входят в зацепление с зубчатым венцом кор­пуса (3), в то время как внутренние диски с проре­зями (1) соединены со ступицей (4) на стороне от­бора мощности. При вращении корпуса вращаются также наружные диски, в результате чего между наружными и внутренними дисками возникает так называемый эффект сдвига, то есть находящееся в корпусе силиконовое масло, обволакивающее диски, как бы «сдвигается». Вязкость силиконово­го масла так высока, что при большой разнице ча­стоты вращения внутренние диски захватываются им. По мере увеличения температуры и давления также увеличивается вязкость и, тем самым, проч­ность на сдвиг, что ведет к практически 100-про­центной блокировке вязкостной муфты.

 

Вязкостная муфта с дисками

 

 

Самоблокирующийся дифференциал Torsen

 

Название Torsen, используемое компанией Gleason для обозначения дифференциалов та­кой конструкции, происходит от английских слов Torque Sensing (распознавание крутящего момен­та). В этом дифференциале используется прин­цип червячной передачи (рис. 16 «Самоблокирующийся дифференциал Torsen«).

 

Самоблокирующийся дифференциал Torsen

 

Основное правило состоит в том, что в червяч­ной передаче только червяк может приводить в движение червячное колесо, но не наоборот.

Однако, изменив угол подъема червяка, можно добиться того, чтобы червяк приводился в дви­жение червячным колесом (к примеру, в рулевом управлении с червячным механизмом). Это озна­чает: чем круче угол подъема червяка, тем мень­ше самоторможение механизма.

 

Конструкция и принцип действия самоблокирующегося дифференциала Torsen

 

В корпусе дифференциала расположены три пары осей, каждая с двумя червячными колесами и четырьмя цилиндрическими шестернями, а так­же два червяка. Каждое червячное колесо жестко соединено со своими двумя цилиндрическими шестернями.

Один червяк соединен с ведущей шестерней привода передних колес, а другой — с фланцем вала привода задних колес.

Приводимый в движение корпус дифферен­циала через оси червячных колес захватывает червячные колеса. Они, в свою очередь, приводят в движение оба червяка привода передних и за­дних колес.

При возникновении разницы частоты враще­ния (к примеру, при прохождении поворота) урав­нивание частоты вращения передних и задних колес производится с помощью цилиндрических шестерен.

Вращающийся быстрее червяк приводит в дви­жение три червячных колеса. Находящиеся в за­цеплении цилиндрические шестерни захватывают три других шестерни и, соответственно, начинают вращать второй червяк с более низкой скоро­стью. В результате предотвращается прокручива­ние колес с меньшим сцеплением с грунтом.

 

Муфта Haldex

 

Другой вариант многодисковых муфт с распозна­ванием частоты вращения — это муфта Haldex, используемая компаниями Volkswagen и Volvo на автомобилях с постоянным полным приводом.

 Муфта Haldex (рис. 17) имеет функцию регулировки. В процессе регулировки процессор учитывает также дополнительные данные. Ре­шающее значение для распределения крутяще­го момента имеет не только проскальзывание, но и уровень динамики движения автомобиля. Процессор получает данные с датчиков угловой скорости колес ABS и системы управления дви­гателем по шине CAN. Эти данные дают процес­сору всю необходимую информацию о скорости, режиме движения (прохождение поворота, тяга или накат), благодаря чему он может адекватно оценить ситуацию движения.

 

Муфта Haldex

 

При возникновении разницы частоты враще­ния между передними и задними колесами в муф­те начинает вращаться кулачковый диск, на кото­ром имеется дорожка волнообразной формы. По этой дорожке обкатывается небольшой подшип­ник, передающий возвратно-поступательное дви­жение на кольцевой поршень, который нагнетает масло в масляный канал. Под действием давле­ния масла другой поршень (рабочий) сдвигается к нажимной пластине муфты, сжимая пакет дис­ков. Тем самым устанавливается жесткая связь между входным и выходным валом муфты Haldex и, соответственно, подключается полный привод. Давление масла регулируется блоком управления с помощью электромагнитного клапана, что позволяет варьировать блокирующее действие в диапазоне от 0 до 100 %. При достижении ча­стоты вращения коленчатого вала двигателя 400 об/мин дополнительно включается электри­ческий насос. Давление масла обеспечивает по­дачу масла к поршям муфты и плотное сжатие пакета дисков, что выражается в быстром сраба­тывании муфты (рис. 18 «Муфта Haldex в отключенном состоянии»).

 

Муфта Haldex в отключенном состоянии

 

По сравнению с вязкостной муфтой преиму­щество переключаемой многодисковой муфты состоит в отсутствии перекоса в трансмиссии и быстром разъединении передних и задних колес при торможении. Это делает муфту Haldex совме­стимой с современными системами регулировки динамики движения, к примеру ESP. Возможна даже буксировка автомобиля с приподнятыми над дорогой колесами.

 

Межосевые дифференциалы

 

На полноприводных автомобилях между перед­ними и задними колесами также должен быть установлен дифференциал, который (как в слу­чае с межколесными дифференциалами) обеспе­чивал бы компенсацию разницы частоты враще­ния между ведущими колесами.

Во избежание потери силы тяги на ведущих колесах этот дифференциал (также называемый межосевым или средним дифференциалом) мо­жет быть выполнен в виде самоблокирующего­ся дифференциала или оснащен подключаемой блокировкой дифференциала.

В качестве межосевых дифференциалов могут использоваться системы тех же типов, что и в ка­честве межколесных. При этом действуют те же закономерности, то есть, вместо «левое/правое колесо» в процессе участвуют «передние/задние колеса».

Однако различия возникают там, где в каче­стве межосевого дифференциала используется планетарная передача. В этом случае крутящий момент в незаблокированном состоянии нерав­номерно распределяется между передними и за­дними колесами. Это происходит в зависимости от передаточного отношения планетарной пере­дачи, то есть от соотношения количества зубьев солнечной и коронной шестерен.

На рис. 19 «Схематическое изображение планетарной передачи» схематически изображена кон­струкция планетарной передачи с рис. 3 с при­мером расчета схемы распределения крутящего момента. Крутящий момент (100 %) вводится через водило планетарной передачи (1) и через планетарные шестерни (2) распределяется между солнечной (3) и коронной (4) шестернями. При соотношении количества зубьев 40:70 = 1:1.75, 36 % момента передается через солнечную ше­стерню на передние колеса, а 64 % — через коронную шестерню на задние колеса. Таким образом, путем изменения количества зубьев можно варьировать соотношение распределения крутяще­го момента в определенных пределах (например, Z32:Z77 = 1:2,4 = 2 9 %:71%).

 

Схематическое изображение планетарной передачи

 

В полноприводных автомобилях в большин­стве случаев крутящий момент должен распре­деляться между передними и задними колесами по-разному. В связи с этим в качестве межосе­вого дифференциала используется  преимуще­ственно планетарная передача с несимметрично расположенным элементом блокировки (вяз­костная муфта в качестве самоблокирующегося дифференциала или многодисковая  муфта в качестве подключаемой блокировки дифферен­циала).

Планетарными межосевыми дифференциа­лами оснащены, к примеру, раздаточные короб­ки ZF и Mercedes-Benz (рис. 3 и 8), а также коробки передач МТХ 75 4×4 производства Ford и G 64 производства Porsche (рис. 5 и 7).

 

 

РЕКОМЕНДУЮ ЕЩЁ ПОЧИТАТЬ:

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *