Блокируемый дифференциал: принцип работы и существующие виды блокируемого дифференциала

Как сделать и установить самоблокирующийся дифференциал своими руками?

Например, при движении в повороте внутреннее колесо должно совершить меньший путь, соответственно число оборотов должно быть меньше. У внешнего путь оказывается больше. Для нормальной работы трансмиссии и ходовой в таких условиях и используется дифференциал. Но иногда он оказывается лишним.

Чаще всего это происходит зимой. Стоит попасть одним колесом на лед, то стронуться машина не сможет. Стоящая на льду покрышка будет крутиться в бешеном темпе, а другое колесо, стоящее на твердой поверхности, не пошевелится. Поэтому на автомобилях, использующихся на бездорожье, устанавливают блокирующийся дифференциал. Некоторые умельцы и на серийные модели для города предпочитают устанавливать такое приспособление.

Как сделать и установить самоблокирующийся дифференциал своими руками? В современном автомобилестроении используются несколько различных видов подобных приспособлений. Они все работают по разным принципам. И позволяют достаточно надежно в различных условиях блокировать дифференциал. При самостоятельной установке нужно подбирать тип блокировки, в зависимости от строения вашего автомобиля и особенностей эксплуатации:

• Дисковая блокировка. В ее составе имеются фрикционные муфты. При разной нагрузке на колеса трение внутри этих муфт усиливается и дифференциал блокируется. Недостатком можно считать необходимость частой регулировки и высокие требования к трансмиссионному маслу;
• Вискомуфта идеально подойдет для городского автомобиля. Работает она следующим образом. Внутри находятся диски и вязкая жидкость на основе силикона. При повышении нагрузки происходит нагрев муфты и затвердевание геля. Что вызывает жесткую сцепку дисков и равномерное распределение усилий. При снижении нагрузок остывает и блокировка отключается. Является вариантом плавной блокировки, которая возрастает по мере необходимости. Из-за риска перегрева практически не используется на серьезных внедорожниках;
• Редуктор самоблокирующийся винтовой червячный. Это один из самых распространенных вариантов. Блокировка происходит следующим образом. При нормальном движении червеобразные винты двигаются абсолютно свободно. При изменении нагрузок они попадают в крайние положения и в итоге фиксируются в пазах. В таком положении дифференциал оказывается заблокирован. Как только нагрузки выравниваются, винты выходят из пазов. Такой вид наиболее простой в эксплуатации и довольно надежен;

Планетарный механизм. Здесь вместо сателлитов используются цепочки шариков. Срабатывает такой механизм при разнице между тягой двигателя и нагрузкой на колеса.

Тип блокировки выбирается в зависимости от особенностей эксплуатации автомобиля. Если вы используете автомобиль только в городских условиях, то лучше всего подойдет вискомуфта. При необходимости выездов за город, например, на дачу, лучше установить червячный редуктор или планетарный механизм.

Произвести установку блокировки дифференциала можно самостоятельно. Делается это достаточно просто. Никаких особых навыков вам не потребуется. Работа производится в следующем порядке:

• Автомобиль устанавливается на яме или эстакаде;

Разновидности автомобильных дифференциалов

Помимо конического, цилиндрического и червячного, существуют и успешно используются следующие разновидности дифференциалов: дифференциал с полной блокировкой, дифференциал Торсен, дифференциал Квайф, вискомуфта.

Дифференциал с полной блокировкой

Дифференциалы этого типа чаще всего используются на грузовиках и внедорожниках. Их блокировка включается и отключается непосредственно из салона с помощью специальной клавиши водителем. Они используются для повышения проходимости автомобилей.

Межосевой дифференциал с блокировкой типа Torsen

Конструкция рабочего привода данной системы состоит из следующих единиц:

1. корпус;
2. правая полуосевая шестерня;
3. левая полуосевая шестерня;
4. сателлиты правой и левой полуосевых шестерен;
5. выходные валы.

Стоит отметить, что дифференциал Torsen имеет наиболее совершенную конструкцию.

Принцип работы:

Межосевой блокируемый дифференциал Torsen состоит из ведомых и ведущих червячных колес, иначе называемых полуосевыми и саттелитами. В такой системе блокировка случается вследствие особенностей функционирования шестерен данного типа. В нормальном состоянии им задается определенное передаточное число. Если колеса имеют хорошее сцепление с поверхностью и движутся плавно, работа дифференциала происходит точно так же, как и у симметричного. Но как только происходит резкое увеличение момента, саттелит пытается начать движение в обратную сторону. Полуосевая червячная шестерня перегружается, и происходит блокировка выходных валов. При этом лишний крутящий момент двигателя переходит на другую ось. Максимальная степень перераспределения момента для дифференциалов Torsen – 75 на 25.

Наиболее известной разновидностью данной системы является Torsen Audi Quattro. Это один из самых популярных механизмов в конструкциях современных полноприводных автомобилей. Его неоспоримыми преимуществами являются широкий спектр переброса вращающего момента, мгновенная скорость срабатывания и отсутствие негативного влияния на тормозную систему. А вот к недостаткам можно отнести сложность конструкции со всеми сопутствующими последствиями.

Преимущества дифференциалов этой конструкции

Преимуществ у данной конструкции достаточно много. Данный механизм устанавливают за то, что точность его работы чрезвычайно высокая, при этом работает устройство очень плавно и тихо. Мощность распределяется между колесами и мостами автоматически – какое-либо вмешательство водителя не нужно. Перераспределение момента никак не влияет на торможение. Если дифференциал эксплуатируется корректно, то обслуживать его не нужно – от водителя требуется только проверять и периодически менять масло.

Именно поэтому многие водители ставят дифференциал “Торсен” на “Ниву”. Там также применена система постоянного полного привода и никакой электроники, поэтому нередко любители экстрима меняют штатный дифференциал на данный узел.

Недостатки

Есть и минусы. Это высокая цена, ведь внутри конструкция устроена достаточно сложно. Так как дифференциал работает на принципе терния, из-за этого повышается расход топлива. При всех преимуществах КПД довольно низкий, если сравнивать с похожими системами другого типа. Механизм имеет высокую предрасположенность к заклиниванию, а износ внутренних элементов довольно интенсивный. Для смазки нужны специальные продукты, так как при работе узла выделяется много тепла. Если на одной оси установлены разные колеса, то детали изнашиваются еще более интенсивно.

Дифференциалы Квайф

Отличительной особенностью дифференциалов этого типа является то, что сателлиты в них располагаются параллельно оси вращения корпуса (чаши), причем в два ряда. Кроме того, при функционировании этих агрегатов образуются силы трения, которые при необходимости автоматически осуществляют блокировку, повышают проходимость и силу тяги автомобиля. Чаще всего дифференциалы Квайф используются для тюнинга легковых автомобилей и внедорожников.

Вискомуфта

Функционирование этот типа дифференциала основано на том же принципе, что и работа гидротрансформатора. Чаще всего вискомуфты используются в автомобилях с полным приводом и используются для того, чтобы обеспечивать связь передних колес с задними по следующему принципу: если одни из них проскальзывают, то крутящий момент транслируется на другие, за счет чего и решается проблема пробуксовки. Конструктивно вискомуфта представляет собой цилиндр, в которой находится погруженный в вязкую жидкость пакет металлических дисков, имеющих перфорацию, и соединенных с валами (как ведущим, так и ведомым). В зависимости от температуры вязкость жидкости меняется, на чем и основывается принцип работы этого агрегата.

Как сделать

Проще всего сделать постоянную полную блокировку дифференциала. Но такая самодельная блокировка приемлема для автомобилей, передвигающихся только по бездорожью. Например, для ралли-рейдовых авто. Чтобы реализовать задумку, нужно снять агрегат, оснащенный дифференциалом, и разобрать его. После чего приварить сателлиты к осям. Фиксация шестерен позволит механизму делить скорость вращения между полуосями только в пропорции 50 на 50.

Дифференциал повышенного трения своими руками сделать немного сложнее, чем просто зафиксировать сателлиты. Зато такая модернизация не только улучшит проходимость автомобиля по грязи и снегу, но и не изменит работу агрегата на твердом покрытии. Один из вариантов такого устройства может быть собран из двух латунных или бронзовых втулок и пружины. Их размеры будут зависеть от того, трансмиссию какого автомобиля вы модернизируете. Потому работы начинаются со снятия узла и разборки планетарной передачи. После этого можно провести измерения, заказать изготовление втулок и подобрать подходящую по габаритам пружину.

Достаточно ли будет ее жесткости, вы узнаете после сборки на испытаниях вашей самоделки. Пружина предназначена для того, чтобы прижимать сателлиты к корпусу дифференциала. От этого под действием силы трения сателлиты будут медленнее вращаться вокруг своей оси. Чем больше будет сила трения, тем ровнее станет делиться скорость вращения карданного вала между полуосями. Металлические втулки нужны для того чтобы исключить соприкосновение сателлитов с пружиной.

Конечно, установка блокировки дифференциала заводского изготовления проще и результат такого апгрейда лучше. Однако он требует больших затрат и практически исключает из процесса творчество. Стоимость «самоблоков» для автомобилей семейства ВАЗ немногим менее 12 тыс. р. Зато их установка требует лишь внимательности и аккуратности. При этом нет необходимости в специальном инструменте.

Какая блокировка лучше

Ответ на этот вопрос зависит от того, какой у вас автомобиль и где вы на нем ездите. Поэтому скажем всего несколько слов об особенностях разных типов блокировок.

• Принудительная ручная блокировка. Преимуществом является полное включение и выключение ее в нужное время и, как следствие, лучшая проходимость транспортного средства. К недостаткам можно отнести необходимость заблаговременного включения и обязательного выключения.
• Автоматическая блокировка. Включение и выключение без участия водителя – безусловное преимущество. Заметная инерционность – ее явный недостаток.

https://youtube.com/watch?v=Wx0d5H7xdHs

https://youtube.com/watch?v=Z-2wJxcrFws

Разновидности блокировок межосевого дифференциала

В современных внедорожниках реализовывается два типа блокировки межосевого дифференциала: ручная и автоматическая. Оба они предполагают или полное, или частичное выключение узла. Чаще на автомобилях повышенной проходимости устанавливаются автоматические блокировки межосевых дифференциалов. Существует три их основных разновидности:

• Блокировка с вискомуфтой;
• Блокировка типа Torsen;
• Блокировка с фрикционной муфтой.

Каждый из этих видов блокировки имеет свои конструктивные особенности и преимущества.

Блокировка с вискомуфтой

Такая разновидность блокировки межосевого дифференциала является на сегодняшний день наиболее распространенной. Она построена по симметричной планетарной схеме, в основе которой лежит взаимодействие между собой конических шестерен. Одним из важнейших элементов ее конструкции является наполненная масляной воздушно-силиконовой смесью герметично закрытая полость. Она связана с полуосями посредством двух отдельных пакетов дисков.

Если полноприводный автомобиль едет с постоянной скоростью по ровной поверхности, то межосевой дифференциал, снабженный такой системой блокировки, транслирует крутящий момент на переднюю и заднюю ведущие оси в соотношении 50% на 50%. В том случае, если вращение одного из пакетов дисков ускоряется, то за счет повышения давления в герметичной полости вискомуфта начинает блокировать (то есть тормозить) соответствующий пакет. Благодаря этому угловые скорости выравниваются, и, по сути дела, происходит блокировка межосевого дифференциала.

Основными достоинствами такой системы являются простота ее конструкции и невысокая стоимость. Именно эти факторы обусловили широкое распространение вискомуфт в системах блокировок межосевых дифференциалов современных внедорожников. Что касается недостатков такой конструкции, то к ним следует отнести неполное автоматическое блокирование, а также риск перегрева в том случае, если она работает в течение длительного периода времени. Дело в том, что значительная часть передаваемой ей кинетической энергии вращения преобразовывается в энергию тепловую.

Блокировка типа Torsen

Она состоит из таких основных элементов, как корпус, левая и правая полуосевые шестерни, их сателлиты и выходные валы. Специалисты в области автомобилестроения считают, что конструкция блокировки межосевого дифференциала этого типа является на сегодняшний день наиболее эффективной и совершенной.

Основу этого механизма блокировки составляют две пары червячных колес, в каждой из которых есть ведущее и ведомое (они называются полуосевыми и сателлитами). Функционирование этой системы основывается на некоторых особенностях, которые имеют шестерни такого типа. Если все колеса автомобиля имеют одинаковое сцепление с поверхностью, то дифференциал работает в штатном режиме. Как только одно из них начинает по тем или иным причинам вращаться быстрее остальных, то сателлит, связанный с ним, пытается начать вращение в обратную сторону. Вследствие этого происходит перегрузка червячной шестерни, а выходные валы блокируются. «Высвободившийся» крутящий момент переходит на другую ось, в результате чего его значения уравниваются.

Важнейшими преимуществами блокировки межосевого дифференциала типа Torsen являются очень высокая скорость срабатывания и широкий диапазон значений переброски вращающего момента с оси на ось. Кроме того, такая блокировка не перегружает тормозную систему автомобиля. Основным недостатком такой конструкции ее сложность.

Блокировка с фрикционной муфтой

Главной отличительной особенностью такой системы является то, что она предполагает возможность как автоматической, так и ручной блокировки межосевого дифференциала. Конструктивно она очень похожа на системы с вискомуфтой, только вместо последней в ней установлены фрикционные диски.

При плавном движении автомобиля угловые скорости между его ведущими осями распределяются равномерно. Если одна из полуосей ускоряется, то фрикционные диски сближаются, сила трения между ними увеличивается, в результате чего происходит притормаживание полуоси.

Системы блокировки межосевых дифференциалов, устроенные на основе фрикционных муфт, на серийных автомобилях практически не применяются. Она достаточно сложна по своей конструкции, к тому же имеет невысокий ресурс из-за того, что рабочие элементы (фрикционные диски) быстро изнашиваются. Кроме того, устройства блокировки с фрикционными муфтами требуют частого обслуживания.

Автоматическая или ручная

Вы должны решить, какую блокировку выбрать:

• полную;
• частичную.

Полное ограничение дифференциала бывает:

• ручным;
• автоматическим.

Частичное блокирование дифференциалов работает только в автоматическом режиме.

Полное блокирование

Такой вид ограничения механизма не предусматривает разницы в скорости вращения полуосей и, как следствие, колес. На бездорожье это приведет к пробуксовке, а на твердом покрытии увеличится износ покрышек и элементов трансмиссии. Чтобы самостоятельно включать/отключать блокирующее устройство, следует установить ручной привод.

Блокировка

Ручное ограничение заменит существующий перепад скоростей вашего автомобиля при нажатии специальной кнопки, активизирующей внешний источник, который, в свою очередь, войдет в зацепление с замком.

Избирательная система блокировки является более сложным механизмом с некоторыми вариациями, требующие от водителя остановки, чтобы сделать изменения в работе дифференциала. В качестве альтернативы можно использовать механизм повышенного трения или систему контроля тяги.

Плюсы:

• когда ограничение выключено, ось ведет себя нормально, поэтому на езду не влияет;
• вы сами решаете, когда включить ограничения, что позволяет более точно управлять автомобилем в технических условиях бездорожья.

Минусы:

• вы должны снять одну руку с руля, чтобы нажать кнопку, что нежелательно во время сложных препятствий;
• забыв выключить ограничения, поездки на скорости с блокированной осью могут повредить дифференциал;
• достаточно дорогое удовольствие, ведь нужно установить отдельную систему приведения в действие механизма.

Автоматическая блокировка

Автоматическое ограничение дифференциала работает всегда, когда ваша нога находится на педали газа. Именно поэтому ее нужно настроить под ваш стиль вождения. Вот поэтому многие водители ее не приемлют.

Плюсы:

• блокировка будет работать всегда, когда вам это нужно. Таким образом, вы можете сосредоточиться исключительно на вождении и держать обе руки на руле все время;
• следует заметить, что такая блокировка дифференциала своими руками более проста, чем при ручном способе.

Минусы:

• такой вид ограничения чувствуется на дороге. Особенно слышно шум шин при прохождении поворотов, а также сопротивление на крутых поворотах;
• при зацеплении шестерен раздается щелчок, что некоторые водители находят раздражающим фактором, к которому невозможно привыкнуть.

Частичное блокирование

Если ваша езда вовсе не экстремальная, достаточно установить частичную блокировку, которая только частично исключает пробуксовку колес. Этот механизм работает самостоятельно, что достаточно удобно для водителей. По сравнению с полным блокированием дает меньше нагрузки на трансмиссию, увеличивая тем самым ее ресурс.

Частичное ограничение бывает двух видов:

• с использованием фрикционных дисков;
• с использованием косозубых шестерен (наиболее известные Quaife и Torsen).

Принцип действия

Давайте посмотрим, как работает дифференциал “Торсен”. Рассмотрим это на примере межколесного узла. Когда пара ведущих колес двигается прямолинейно, то они оба сталкиваются с одинаковым сопротивлением. Поэтому механизм распределяет крутящий момент равномерно между обеими колесами. При движении прямо сателлиты не задействованы, и усилие передается непосредственно от чашки к полуосевым шестерням.

Когда машина входит в поворот, то внутреннее колесо испытывает большее сопротивление и скорость его снижается. Червячная пара внутреннего колеса начинает работать. Шестеренка полуоси вращает сателлитную шестерню. Последняя передает крутящий момент ко второй шестерне полуоси. Тем самым увеличивается усилие на внешнем колесе. Так как разница крутящего момента на двух сторонах невелика, то трение во второй червяной паре тоже невысокое. В данном случае самоблокировки не произойдет. Вот на этом и основан принцип дифференциала “Торсен”.

Когда же одно из ведущих колес автомобиля находится на скользком участке, то его сопротивление снижается. Крутящий момент стремится именно к этому колесу. Полуось раскручивает шестерню сателлита, а она передает крутящий момент ко второму сателлиту. В этом случае будет самоторможение. Шестерня сателлита не способна выступать ведущим элементом и не может вращать полуосевую шестеренку из-за определенных особенностей червячных передач. Поэтому червячная пара заклинивает. А при заклинивании она затормозит вращение второй пары, и вращательный момент на каждой из полуосей выровняется.

Как устанавливается преднатяг

Регулировка преднатяга осуществляется путем установки пакета специальных пружинных шайб, которые распирают шестеренки внутри блокировки. Полный пакет таких спецшайб, сложенные все вместе составляют толщину 1 см, но все шайбы по толщине разные, чтобы можно было регулировать момент.

Чтобы отрегулировать преднатяг, потребуется:

• динамометрический ключ стрелочный (ключ с щелчками не подходит, его придется долго настраивать);
• самодельная спецдеталь, сделанная из простой внутренней гранаты (обрезан и к нему приварен болт) — смотрите ниже на видео;
• комплект пружинных шайб (колечки);

Порядок регулировки преднатяга:

1. Разобрать дифференциал блокировки (запоминаем последовательность). После снятия крышки вытаскиваем шнековую шестеренку полуоси; за ней идет узкая шестеренка с большим внутренним отверстием, но который имеет бортик; затем идут те самые регулировочные пружинные шайбы. Можно вытащить шнековые сателлиты (сами преднатяги), чтобы проверить какой у них износ.
2. Установить новые шайбы.
3. Собрать.
4. Динамометрическим ключом и специальной самодельной деталью определяем момент затяжки. Когда ключ начинает проворачивать — в этот момент стрелка показывает момент натяга.

В этом видео рассмотрен вариант регулировки шайбами блокировки авто ВАЗ 2108.

Преднатяг до 5 кг не сплющивает до плоского состояния шайбы, такой момент натяжки считается ресурсным. Блокировка с натягом до 5 кг поможет сильно не терять своих характеристик около 4 лет. Любая блокировка с натягом в первые пару месяцев теряет около 1 кг натяга.

Специалисты рекомендуют делать для переднего дифференциала с самоблокировкой преднатяг не больше 5 кг, а для заднего дифференциала — не больше 7 кг. При максимальной величине, например, в 9 кг, все пружинные шайбы будут уже прижаты и эффект пружин будет потерян.

Хорошие и разные LSD

Дифференциалы такого типа различаются по своим типам. Про них мы вам расскажем ниже.

Вязкостные дифференциалы

Этот распространённый тип дифференциала основан на действии вискомуфты.

Такие дифференциалы заслужили популярность из-за плавности своей работы. Принцип действия у них основан на изменениях свойств специального геля, которые меняются бесступенчато. Такое свойство удовлетворяет желанию производителей повысить комфорт для водителя.

Конечно, вязкостные здания имеют свои недостатки. Любой узел, который работает за счёт давления жидкости, теряет часть энергии при работе, что вызывает увеличение расхода топлива. Также они крайне чувствительны к перегревам и просто повышенным нагрузкам. Вискогель теряет рабочие свойства при повышении температур. Соответственно? если вы побуксовали в снегу продолжительное время — работа блокировки в следующий раз может быть и хуже. Механические блокировки в этом же случае работают одинаково, вплоть до поломки.

Такие дифференциалы могут требовать замены каждые 100 тысяч километров.

Такие системы очень чувствительны к состоянию уплотнений в системе, ведь внутренняя часть дифференциала полностью герметична. Если произошла разгерметизация — вискомуфту меняют.

Героторный насос

В этих дифференциалах с внутренней стороны установлен героторный насос, а на вращающемcя валу привода укрепили зубчатое колесо, которое находится внутри насоса. Если при вращении корпуса героторного насоса и зубчатого колеса появляется разница в скорости — жидкость сжимается. После этого крутящий момент уходит на «отстающее» колесо, которое имеет сцепление с дорогой. Эти системы стремительно набирают популярность по мере увеличения степени компьютерного управления узлами автомобиля (системы EBD и тому подобные), так как, в отличие от вискомуфты, работой героторного насоса можно управлять.