Как работает блокировка дифференциала: описание механизмов

Сообщение

Блокировка дифференциала - принцип работы

Введение

: Блокировка дифференциала; Screenshot_6.jpg (121.5 КБ) 30 просмотров

Дифференциал

Все автомобили оснащены дифференциалом. Основные функции дифференциала — передача мощности двигателя на колеса и обеспечение возможности вращения колес с разной скоростью.

Мощность от двигателя, расположенного в передней части автомобиля, передается через ведущую шестерню главной передачи и вращает ведомую шестерню, которая крепится к корпусу дифференциала. При вращении корпуса дифференциала вращается также крестовина с сателлитами, находящаяся внутри корпуса. Крестовина воздействует на сателлиты, которые, в свою очередь, передают усилие на полуосевые шестерни, соединенные с полуосями.

: схема дифференциала автомобиля; Screenshot_1.jpg (84.94 КБ) 68 просмотров

DIFFERENTIAL – Дифференциал

PINION – Сателлит

CASE – Корпус дифференциала

PIN – Ось сателлитов

SIDE GEARS – Полуосевые шестерни

PINIONS – Сателлиты

Когда оба колеса имеют одинаковое сцепление с дорогой, и усилие на сателлиты распределяется равномерно между полуосевыми шестернями, сателлиты не вращаются. Как показано на рисунке, при прямолинейном движении с равным сцеплением колес дифференциальные шестерни остаются неподвижными, так как нагрузки на обе полуоси одинаковы.

: схема дифференциала автомобиля; Screenshot_2.jpg (69.67 КБ) 65 просмотров

EQUAL TRACTION IN STRAIGHT-AHEAD DRIVING - Равное сцепление при прямолинейном движении

BALANCED FORCES MAKE DIFFERENTIAL SEEM LOCKED - Сбалансированные силы создают эффект блокировки дифференциала

При повороте автомобиля внешнее колесо проходит большее расстояние, чем внутреннее. При движении по прямой оба колеса вращаются с одинаковой скоростью.
Открытый дифференциал позволяет колесам вращаться с разной скоростью относительно друг друга и относительно ведомой шестерни/корпуса дифференциала, а также обеспечивает маневренность без проскальзывания шин.

: схема дифференциала автомобиля; Screenshot_3.jpg (39.58 КБ) 63 просмотра

OUTSIDE WHEEL HAS FARTHER TO TRAVEL — Наружное колесо проходит больший путь

BOTH WHEELS TURN AT SAME SPEED WHEN TRAVELING STRAIGHT — Оба колеса вращаются с одинаковой скоростью при прямолинейном движении

Действие при повороте

Как видно на изображении, при повороте автомобиля одна полуось вращается медленнее ведомой шестерни, а другая - быстрее.

: схема дифференциала автомобиля; Screenshot_4.jpg (111.63 КБ) 62 просмотра

RIGHT TURN (LEFT WHEEL TURNS FASTER) — Правый поворот (левое колесо вращается быстрее)

FASTER THAN RING GEAR SPEED — Быстрее скорости ведомой шестерни

SLOWER THAN RING GEAR SPEED — Медленнее скорости ведомой шестерни

Действие дифференциала в поворотах

В открытом дифференциале сателлиты работают как балансиры, поддерживая равную нагрузку на зубья обеих полуосевых шестерен, при этом позволяя полуосям вращаться с разной скоростью. Другими словами, если внутреннее колесо замедляется до 90% скорости автомобиля, внешнее колесо ускоряется до 110%, как показано на изображении:

: схема дифференциала автомобиля; Screenshot_5.jpg (70.41 КБ) 62 просмотра

AXLE — Ось

CENTERLINE — Центральная линия

OUTER WHEEL — Наружное колесо

INNER WHEEL — Внутреннее колесо

110% CASE SPEED — 110% скорости корпуса дифференциала

90% CASE SPEED — 90% скорости корпуса дифференциала

100% DIFFERENTIAL CASE SPEED — 100% скорости корпуса дифференциала

Конечно, поскольку открытый дифференциал действительно позволяет колесам вращаться с разной скоростью, мощность будет передаваться на колесо с наименьшим сопротивлением, то есть на колесо, находящееся на скользкой поверхности. Главный недостаток открытого дифференциала заключается в том, что он допускает пробуксовку одного колеса, не передавая достаточного усилия вращения на другое колесо, имеющее сцепление с дорогой.

Идеальный дифференциал должен позволять полуосевым шестерням, полуосям и колесам:

Вращаться с разной скоростью относительно друг друга и корпуса дифференциала при движении на поворотах по сухому покрытию.

Вращаться с той же скоростью, что и корпус дифференциала, при потере сцепления одним из колес на скользкой поверхности.

Дифференциал повышенного трения (Limited Slip Differential) разработан для удовлетворения этих двух требований. Фрикционные диски позволяют автомобилю маневрировать без проблем и проскальзывания колес на сухом покрытии, но на скользкой поверхности диски срабатывают, делая ось более жесткой и передавая мощность на колесо с лучшим сцеплением, что помогает автомобилю выбраться из застревания.

Сообщение

Дифференциал повышенного трения

Теперь рассмотрим, что происходит, когда за полуосевыми шестернями установлены фрикционные пакеты из пиролитического углерода.
Как видно на изображении, фрикционные пластины из пиролитического углерода соединены шлицами с полуосевой шестерней, а ответные фрикционные диски с ушками установлены в корпусе. Кроме того, на фрикционные пакеты постоянно действует предварительное давление, которое может преодолеваться при маневрировании на сухом покрытии. Когда полуосевые шестерни вращаются, предварительно нагруженные фрикционные муфты ограничивают разницу в скорости вращения осей, то есть "проскальзывание" между ними.

Поскольку дифференциал предназначен для обеспечения разной скорости вращения колес, крайне важно, чтобы шины были одного размера и имели одинаковое давление. Если одно колесо меньше другого, шестерни дифференциала повышенного трения будут постоянно вращать фрикционные муфты, что приведет к повышенному и неравномерному износу.
Преимущество конструкции дифференциала повышенного трения Eaton заключается в том, что когда одно колесо находится на скользкой поверхности, а другое имеет сцепление, силы предварительного натяжения пружин сочетаются с силами, возникающими при попытке сателлитов развести полуосевые шестерни. Эти силы совместно сжимают фрикционные пакеты.

: Дифференциал повышенного трения принцип действия; Screenshot_6.jpg (121.5 КБ) 59 просмотров

: Принцип работы дифференциала повышенного трения; Screenshot_7.jpg (89 КБ) 58 просмотров

Принцип работы дифференциала повышенного трения

TRACTION WHEEL - Колесо сцепления

LOCKED TO CASE - Заблокировано с корпусом

SLIPPING WHEEL - Проскальзывающее колесо

LOCKED TO CASE - Заблокировано с корпусом

ENERGIZED CLUTCHES - Активированные фрикционные муфты

HOLD SIDE GEARS TO CASE - Фиксируют полуосевые шестерни к корпусу

Как видно на изображении, при пробуксовке одного колеса оно блокируется с корпусом, а колесо с хорошим сцеплением также блокируется с корпусом, что позволяет автомобилю выбраться из сложной ситуации.

Сообщение

Блокируемый дифференциал (EATON G80)

TQ предлагает блокируемый дифференциал EATON G80 в качестве опции.
Блокируемый дифференциал имеет скоростно-зависимую конструкцию. Он реагирует на пробуксовку колес, определяя, когда одно колесо вращается значительно быстрее другого. При движении по сухому асфальту дифференциал работает как обычный открытый. Однако при возникновении пробуксовки (при движении вперед или назад) блокировка срабатывает мгновенно.
Дифференциал оснащен центробежным регулятором, реагирующим на разницу скоростей колес, и пакетами дисков, установленными между полуосевой шестерней и корпусом.
Когда одно колесо вращается значительно быстрее другого, регулятор быстро вращается, заставляя грузики раскрыться. Затем грузики зацепляются за фиксирующую скобу, и начинается процесс блокировки.
Во время блокировки самозатягивающаяся система сцепления приводит в действие кулачковую пластину, которая давит на полуосевую шестерню. Это действие сжимает упомянутые пакеты дисков. Процесс продолжается до тех пор, пока обе полуоси (и, следовательно, оба колеса) не начнут вращаться с одинаковой скоростью. Это полная блокировка, предотвращающая дальнейшую пробуксовку. (Примечание: блокировка оси возможна только при скорости ниже 32 км/ч.)
Весь процесс блокировки занимает долю секунды и практически незаметен для водителя. Когда оба колеса восстанавливают сцепление, блокировка отключается, и система возвращается в нормальный режим.

: Блокируемый дифференциал (EATON G80); Screenshot_8.jpg (98.84 КБ) 52 просмотра

Преимущества:

Улучшает тяговые свойства и проходимость

Обеспечивает плавную и стабильную работу

Скоростно-зависимая конструкция реагирует на пробуксовку, а не на крутящий момент

Минимальное воздействие LSD при обычном движении

Полная блокировка для максимального крутящего момента на любом колесе

Совместимость с ABS

Полностью автоматическое срабатывание

Проверенная и долговечная конструкция

Сообщение

Сравнение возможностей

На приведенном ниже графике показано процентное соотношение преодолеваемого подъема, демонстрирующее преимущества блокируемого дифференциала по сравнению с открытым и дифференциалом повышенного трения. Обратите внимание, что в данных условиях заблокированная ось обладает почти в три раза большим потенциалом по сравнению с дифференциалом повышенного трения.

Открытый дифференциал	Дифференциал повышенного трения	Блокируемый дифференциал
Открытый дифференциал Screenshot_10.jpg (56.53 КБ) 48 просмотров	Дифференциал повышенного трения Screenshot_11.jpg (50.09 КБ) 48 просмотров	Блокируемый дифференциал Screenshot_12.jpg (47.27 КБ) 48 просмотров
Шестерня сателлита + полуосевая шестерня	Фрикционный диск + пружина предварительного натяга	Скоростной тип срабатывания
-	Тип с датчиком крутящего момента	Фрикционный диск + механизм блокировки
При уменьшении сцепления одного колеса из-за пробуксовки противоположное колесо также теряет крутящий момент, в результате чего автомобиль теряет тягу.	При пробуксовке одного колеса крутящий момент передается на противоположное колесо за счет работы многодисковой муфты, что обеспечивает лучшее сцепление по сравнению с открытым дифференциалом.	При возникновении разницы скоростей между задними колесами фиксирующая скоба блокирует дифференциал, восстанавливая тягу автомобиля.
Преодолеваемый подъем на разнородном покрытии: около 4,5% (2,5°).	Преодолеваемый подъем на разнородном покрытии: около 9,4% (5°).	Преодолеваемый подъем на разнородном покрытии: около 26,3% (15°).
Преодолеваемый подъем на разнородном покрытии: около 4,5% (2,5°). Screenshot_13.jpg (13.64 КБ) 40 просмотров	Преодолеваемый подъем на разнородном покрытии: около 9,4% (5°). Screenshot_14.jpg (14.39 КБ) 40 просмотров	Преодолеваемый подъем на разнородном покрытии: около 26,3% (15°). Screenshot_15.jpg (14.22 КБ) 40 просмотров

Сообщение

Блокируемый дифференциал

Технические характеристики

Максимальная скорость включения: 285 об/мин ведомой шестерни (~30 км/ч)

Скорость срабатывания дифференциала: 100 об/мин (разница между колесами)

Коэффициент блокировки: 1,5 (приблизительно)

Масло для гипоидных передач: API GL-5 (Блокируемый дифференциал не требует специального масла, как LSD, поскольку проскальзывание между дисками вне режима блокировки минимально, а в режиме блокировки отсутствует. Поэтому подходит обычное гипоидное масло.)

Конструкция

: Блокируемый дифференциал Конструкция; Screenshot_16.jpg (290.61 КБ) 39 просмотров

Особенности блокируемого дифференциала

Блокируемый дифференциал Eaton приближает работу дискового дифференциала повышенного трения к идеальному дифференциалу. Как и дисковый дифференциал повышенного трения, он имеет:

Полуосевые шестерни со шлицами для фрикционных дисков.

Диски с ушками, закрепленные в специально обработанном корпусе дифференциала.

Сателлиты с профилем зубьев, создающим разжимающее усилие на полуосевые шестерни.

Регулировочные шайбы для установки зазора между полуосевыми шестернями и сателлитами.

Дополнительно блокируемый дифференциал Eaton оснащен:

Левой полуосевой шестерней с кулачковой поверхностью, имеющей выступы и пазы для сцепления с аналогичной кулачковой пластиной.

Волновой пружиной, удерживающей кулачковую пластину в контакте с шестерней.

Опорным блоком между полуосевыми шестернями, позволяющим небольшое перемещение левой шестерни для сжатия правого пакета фрикционов.

Механизмом с центробежным регулятором и фиксирующей скобой для работы в режимах повышенного трения или полной блокировки.

: Блокируемый дифференциал Конструкция; Screenshot_17.jpg (160.7 КБ) 39 просмотров

WAVE SPRING — Волновая пружина

DIFFERENTIAL CAM SIDE GEAR — Кулачковая полуосевая шестерня дифференциала

DIFFERENTIAL CLUTCH CAM PLATE — Кулачковая пластина сцепления дифференциала

THRUST BLOCK (SELECTIVE THICKNESS) — Упорный блок (регулируемой толщины)

PINION GEAR — Сателлит

DIFFERENTIAL SIDE GEAR, R.H. — Правая полуосевая шестерня дифференциала

Функция ограниченного проскальзывания

В нормальных условиях, когда дифференциал не заблокирован, происходит небольшое ограничение проскальзывания. Основную роль в этом играет усилие разведения шестерен, создаваемое в правом пакете фрикционов.

: Блокируемый дифференциал Конструкция; Screenshot_18.jpg (222.27 КБ) 38 просмотров

SIDE GEAR (R.H.) — Полуосевая шестерня (правая)

CLUTCH PACK (R.H.) — Пакет фрикционов (правый)

CLUTCH PACK (L.H.) — Пакет фрикционов (левый)

CAM SIDE GEAR — Кулачковая полуосевая шестерня

На рисунке показана работа узла при правом повороте. Поскольку левое колесо проходит большее расстояние, чем правое, оно должно вращаться быстрее, чем ведомая шестерня и корпус дифференциала. Это приводит к тому, что левая полуось и левая полуосевая шестерня вращаются быстрее корпуса дифференциала (на иллюстрации это показано большими стрелками). Ускоренное вращение левой полуосевой шестерни заставляет сателлиты вращаться на оси, что приводит к замедленному вращению правой полуосевой шестерни относительно корпуса дифференциала.

Хотя усилие разведения шестерен, создаваемое сателлитами, сжимает пакеты фрикционов (преимущественно правый), силы трения между шинами и дорожным покрытием достаточны для преодоления трения в фрикционных пакетах. Это предотвращает жесткую блокировку полуосевых шестерен с корпусом дифференциала.

Функция блокировки

Блокировка осуществляется с помощью специальных компонентов (см. рисунок ниже):

Центробежный механизм с двумя грузиками

Фиксирующая скоба

Кулачковая пластина и кулачковая полуосевая шестерня (левая)

При разнице скоростей колес 100 об/мин и более грузики регулятора расходятся в стороны, и один из них зацепляется за край фиксирующей скобы. Это происходит потому, что кулачковая шестерня и пластина вращаются с другой скоростью, чем ведомая шестерня и корпус дифференциала (быстрее или медленнее). Наружная поверхность кулачковой пластины имеет зубья, которые находятся в зацеплении с зубьями вала регулятора.

Когда полуосевая шестерня вращается с отличной от корпуса дифференциала скоростью, вал регулятора вращается достаточно быстро, чтобы преодолеть сопротивление пружин и развести грузики. Один из грузиков зацепляется своим краем за ближайший край неподвижной фиксирующей скобы, закрепленной в корпусе дифференциала.

: Блокируемый дифференциал Конструкция блокировки; Screenshot_19.jpg (225.78 КБ) 37 просмотров

FLYWEIGHT — Грузик регулятора

DIFFERENTIAL — Дифференциал

COULD BE MOVING FASTER OR SLOWER THAN DIFFERENTIAL — Может вращаться быстрее или медленнее корпуса дифференциала

Когда регулятор защелкивается, он перестает вращаться. Небольшая фрикционная муфта внутри регулятора позволяет валу регулятора вращаться (с сопротивлением), в то время как один грузик удерживается на корпусе дифференциала через фиксирующую скобу. Цель зацепления регулятора — замедлить вращение кулачковой пластины относительно кулачковой шестерни. Это приводит к выходу кулачковой пластины из фиксированного положения, как показано на рисунке ниже.

: Блокируемый дифференциал Конструкция блокировки; Screenshot_20.jpg (343.3 КБ) 35 просмотров

CAM PLATE STOPS ROTATING - Кулачковая пластина прекращает вращение

LEFT SIDE GEAR - Левая полуосевая шестерня

GOVERNOR LATCHED - Регулятор в зацепленном положении

CLUTCH PACKS - Пакеты фрикционов

LATCHING BRACKET - Фиксирующая скоба

COMPRESSING AGAINST THRUST BLOCK - Сжатие относительно упорного блока

Кулачковая пластина обычно удерживается в фиксированном положении волновой пружиной и выступами, которые находятся в соответствующих пазах кулачковой шестерни. В этот момент выступы кулачковой пластины скользят по выступам кулачковой шестерни, и пластина сжимает левый пакет фрикционов за счет самозатягивающегося действия. При сжатии левого пакета фрикционов кулачковая пластина и шестерня немного смещаются вправо внутри корпуса дифференциала. Это смещение передается через упорный блок, который сжимает правый пакет фрикционов.

На этом этапе силы самозатягивания фрикционов и разведения шестерен объединяются, фиксируя полуосевые шестерни относительно корпуса дифференциала. Весь процесс блокировки занимает менее секунды. Механизм работает независимо от того, какое колесо — левое или правое — пробуксовывает, благодаря конструкции регулятора и кулачкового механизма.

Любое изменение направления крутящего момента (например, при повороте или переключении передачи) приводит к расцеплению регулятора, и кулачковая пластина возвращается в исходное положение. Дифференциал снова переходит в режим ограниченного проскальзывания.

: Блокируемый дифференциал Конструкция блокировки; Screenshot_21.jpg (342.13 КБ) 32 просмотра

Самозатягивающийся процесс не происходил бы без действия одного из левых фрикционных дисков. Этот активирующий диск (см. рисунок [Energizing Disc]) обеспечивает удерживающее усилие для работы кулачкового механизма. Это единственный диск, который имеет шлицевое соединение с кулачковой шестерней.

Если скорость вращения ведомой шестерни и корпуса дифференциала достаточно высока, фиксирующая скоба поворачивается (под действием центробежной силы). Это отодвигает край скобы на достаточное расстояние от грузиков регулятора, предотвращая блокировку (рисунок [Latching Bracket Pivoting Out]). При движении автомобиля это происходит примерно на скорости 30 км/ч (20 миль/ч) и продолжается на более высоких скоростях.

Активирующий диск

: Блокируемый дифференциал Конструкция блокировки; Screenshot_22.jpg (130.78 КБ) 32 просмотра

DISC — Диск

CAM PLATE — Кулачковая пластина

Фиксирующая скоба в отведённом положении

: Блокируемый дифференциал Конструкция блокировки; Screenshot_23.jpg (180.58 КБ) 32 просмотра

FLYWEIGHT — Грузик регулятора

DIFFERENTIAL GOVERNOR — Центробежный регулятор дифференциала

FLYWEIGHT LATCHING BRACKET — Фиксирующая скоба грузика

THRUST BLOCK — Упорный блок

Ограничительный диск крутящего момента

В конструкцию включена функция ограничения нагрузки для снижения риска поломки полуоси при экстремальных условиях эксплуатации. Количество выступов на активирующем диске в левом пакете сцепления было уменьшено, что позволяет этим выступам срезаться при блокировке дифференциала под высокой нагрузкой.

При срезе выступов ограничительного диска в заднем мосту раздастся громкий щелчок, и дифференциал начнет работать как обычный, с частичным эффектом ограниченного проскальзывания пакетов сцепления при малых нагрузках.

Для устранения последствий среза выступов необходимо заменить левые фрикционные диски и волновую пружину. Также требуется проверить полуоси на скручивание, поскольку при высоких нагрузках возможно не только повреждение ограничительного диска, но и деформация полуосей.

: Ограничительный диск крутящего момента; Screenshot_24.jpg (101.1 КБ) 31 просмотр

Ограничительный диск крутящего момента

Проверка работы блокируемого дифференциала Eaton

Установите автомобиль на подъёмник с контактной рамой, обеспечив свободное вращение задних колёс.

Поднимите автомобиль до отрыва колёс от пола. Удерживая одно колесо неподвижно, медленно вращайте другое колесо со скоростью примерно 1/2 оборота в секунду вперёд и назад. Колесо должно вращаться свободно. Если оба колеса пытаются вращаться вместе, дифференциал блокируется и неисправен.

Поднимите автомобиль на максимальную высоту с человеком в салоне.

Запустите двигатель, убедившись, что он работает на минимальных оборотах холостого хода.

Для АКПП: нажмите тормоз и включите режим «D». Для МКПП: выжмите сцепление и включите первую передачу.

Помощник должен заблокировать одно заднее колесо, потянув трос стояночного тормоза из-под автомобиля.

На малых оборотах двигателя медленно отпустите тормоз или плавно отпускайте сцепление.

Заблокированное колесо останется неподвижным, а свободное начнёт вращаться. Важно отпускать тормоз/сцепление плавно, чтобы свободное колесо начало вращение и постепенно увеличивало скорость. При увеличении скорости свободного колеса дифференциал заблокируется, что приведёт к остановке вращающегося колеса или синхронному вращению обоих колёс. На МКПП двигатель может заглохнуть. Для блокировки может потребоваться разогнать двигатель до скорости около 16 км/ч (по спидометру). Если скорость превышает 30 км/ч без блокировки, дифференциал неисправен. Резкое отпускание тормоза/сцепления или быстрое ускорение invalidate тест.

Заблокируйте противоположное колесо и повторите процедуру. Диагностическая таблица содержит рекомендации по ремонту для различных неисправностей дифференциала.