Дифференциал (механика): различия между версиями
| [отпатрулированная версия] | [непроверенная версия] |
Содержимое удалено Содержимое добавлено
Строка 40:
Когда автомобиль движется по криволинейной траектории, внутреннее по отношению к центру описываемой автомобилем окружности колесо вращается медленней, наружное быстрей — при этом сателлиты вращаются вокруг своей оси, обегая шестерни полуосей. Но принцип деления момента поровну между колесами — сохраняется. Мощность же, подаваемая на колеса, перераспределяется, — ведь она равна произведению крутящего момента на угловую скорость колеса. Если радиус поворота настолько мал, что внутреннее колесо останавливается, тогда внешнее вращается с вдвое большей скоростью, чем при движении автомобиля по прямолинейной траектории. Итак, дифференциал не меняет крутящий момент, но перераспределяет между колесами мощность. Последняя всегда больше на том колесе, которое вращается быстрее.
==
[[Файл:Limited slip diff cone.jpg|250px|thumb|LSD конического типа]]▼
[[File:KdF82 differ1.jpg|thumb|Кулачковый дифференциал Порше, применявшийся на KdF82]]▼
* 1825 — Онесифор Пеккёр ''(Onesiphore Pecqueur, 1792—1852)'' изобрёл дифференциал.
* 1932 — [[Порше, Фердинанд|Фердинанд Порше]] начал исследования в области дифференциалов c проскальзыванием.
* 1935 — компания ZF Friedrichshafen AG, основанная Порше, выпустила на рынок кулачковый дифференциал, примененный впоследствии на ранних моделях Фольксваген (Type B-70)<ref>The Motor Vehicle K.Newton W.Steeds T.K.Garrett Ninth Edition pp549-550</ref>
* 1956 — американская компания [[Packard]] одной из первых начала выпуск моделей с {{comment|LSD|Limited-Slip Differential}}-дифференциалом под фирменным названием «Twin Traction». В 60-х годах многие компании начали производство LSD-дифференциалов под различными фирменными названиями:
* [[Alfa Romeo]]: Q2
* [[American Motors Corporation|American Motors]]: Twin-Grip
Строка 68 ⟶ 64 :
* [[Studebaker-Packard Corporation]]: Twin Traction
=== Ручная блокировка дифференциала ===▼
По команде из кабины шестерни дифференциала блокируются, и колёса вращаются синхронно. Таким образом, дифференциал стоит блокировать перед преодолением сложных участков пути (вязкий грунт, препятствия), и затем разблокировать после выезда на обычную дорогу. Применяется в [[вездеход]]ах и [[внедорожник]]ах.▼
Термин обозначает любой дифференциал, механика работы которого позволяет ему самостоятельно блокироваться — то есть, в первую очередь, выравнивать угловые скорости ведомых шестерён и превращаться в прямую передачу. Самоблокирующиеся дифференциалы не требуют никаких внешних систем управления и работают автономно. В автомобилях могут использоваться и как межколёсные и как межосевые. В гусеничной технике не используются. Условно все «самоблоки» можно разделить на две группы: срабатывающие от крутящего момента и срабатывающие от разницы угловых скоростей на ведомых шестернях. В первую группу попадают дифференциалы Quaife и Torsen. Во вторую — дифференциалы с дисковой блокировкой, кулачковые, Ferguson и дифференциалы с вискомуфтой.
При езде на таких автомобилях чаще всего не рекомендуется блокировать дифференциал, когда автомобиль движется, желательно включать блокировку на стоянке. Также нужно знать, что крутящий момент, создаваемый мотором, настолько велик, что может сломать механизм блокировки или полуось. Обычно производители автомобиля отдельно указывают рекомендованную максимальную скорость движения при заблокированном дифференциале, в случае её превышения возможны поломки трансмиссии. Включенная блокировка, особенно в переднем мосту, отрицательно влияет на управляемость.▼
=== Дифференциал Quaife ===▼
=== Электронное управление дифференциалом ===▼
Конструктивно дифференциал состоит из одного простого плоского двухрядного планетарного механизма, схемы {{comment|СВС|Солнце-Водило-Солнце}} с парными взаимозацепленными сателлитами. Единственным визуальным отличием от свободного дифференциала аналогичной схемы является использование в шестернях планетарного механизма косозубого зацепления вместо прямозубого. Идея блокировки основана на том, что в косозубом зацеплении под нагрузкой возникают осевые силы, стремящиеся раздвинуть по своим осям обе зацепленные шестерни в противоположные от плоскости контакта стороны, и здесь это свойство в первую очередь использовано в парах взаимозацепленных сателлитов, которые для этого получают осевую подвижность. При повороте или пробуксовке колеса вращающиеся сателлиты расклиниваются на своих осях, упираются торцами в корпус дифференциала, за счёт чего происходит их торможение и самовыравнивание угловых скоростей ведомых шестерён. Место контакта сателлита с корпусом обычно выполнено в виде некоего кармана, что усиливает фрикционные свойства в точках контакта. Расклинивание сателлитов тем сильнее, чем выше передаваемый ими крутящий момент, но сама степень блокировки определяется углом наклона зубьев зацепления и фрикционными свойствами пар контакта сателлит/корпус. Для усиления фрикционного эффекта в данном дифференциале обычно применяют пять пар сателлитов, хотя теоретически, для плоского дифференциала достаточно и трёх пар. Предельно простая конструкция, однако подвержена износу и ухудшению работы со временем.▼
На [[внедорожник]]ах, снабжённых антипробуксовочной системой (TRC и другие), если одно из колёс буксует, оно подтормаживается рабочим тормозом.▼
Дифференциал типа Quaife запатентовал в 1965 г. основатель и владелец английской фирмы «Quaife Engineering» Родни Квайф. Дифференциал используется как межколёсный в спортивных легковых автомобилях, в подавляющем большинстве случаев на переднем приводе. Во внедорожной технике практически не применяется. ▼
Похожее решение было применено в «[[Формула-1|Формуле-1]]» в [[1998]] г. в команде «[[Макларен (команда Формулы-1)|Макларен]]»: в повороте внутреннее колесо подтормаживалось [[тормозная система|рабочим тормозом]]. Эту систему быстро запретили, однако в Формуле-1 прижилась конструкция фрикционного дифференциала, в котором фрикцион дополнительно управляется компьютером. В [[2002]]<!-- Две тысячи два!! Специально сравнивал регламенты. Mercury. --> году технический регламент был ужесточён; с того же (2002) года и по сей день в Формуле-1 разрешены только дифференциалы простейшего типа.▼
=== Дифференциал Torsen ===▼
Преимущество электронного управления в том, что повышается тяга в повороте, и степень блокировки можно настроить в зависимости от предпочтений гонщика. На прямой совсем не теряется мощность двигателя. Недостаток в том, что датчики и исполнительные механизмы обладают некоторой [[Инерция|инерцией]], и такой дифференциал нечувствителен к быстро меняющимся дорожным условиям.▼
[[File:Audi quattro AWD system.jpeg|thumb|Межосевой дифференциал Torsen трансмиссии полноприводных Audi]]▼
Дифференциал типа '''Torsen''' изобретён в [[1958]] г. американцем Верноном Глизманом. Имеет достоинства вязкостной муфты и не имеет её недостатков. Принцип работы основан на свойстве червячной передачи «расклиниваться». Название ''Torsen'' произошло от {{lang-en|Torque sensitive}} («чувствительный к крутящему моменту»). ''Torsen'' — [[товарный знак]] ''JTEKT Torsen North America Inc.''▼
Разновидностей конструкций не так уж и много — можно выделить три основных:▼
: '''Первый тип (T-1)'''▼
Червячными парами являются шестерни ведущих полуосей и [[Сателлит (механика)|сателлиты]]. При этом каждая полуось имеет собственные сателлиты, которые парно связанны с сателлитами противоположной полуоси обычным прямозубым зацеплением. Следует отметить, что ось сателлита перпендикулярна полуоси. При нормальном движении и равенстве передаваемых на полуоси моментов, червячные пары «сателлит / ведущая шестерня» либо остановлены, либо проворачиваются, обеспечивая разницу угловых скоростей полуосей в повороте. Как только дифференциал пытается отдать момент на одну из полуосей, то червячную пару этой полуоси начинает расклинивать и блокировать с чашкой дифференциала, что приводит к частичной блокировке дифференциала. Данная конструкция работает в самом большом диапазоне отношений крутящего момента — от 2,5:1 до 5,0:1, то есть является самой мощной в серии. Диапазон срабатывания регулируется углом наклона зубцов червяка.▼
: '''Второй тип (T-2)'''▼
В данном случае, оси сателлитов параллельны полуосям. Сателлиты расположены в своеобразных карманах чашки дифференциала. При этом парные сателлиты имеют косозубое зацепление, которое расклиниваясь, так же участвует в процессе блокировки. Подобное устройство имеет и дифференциал TrueTrac компании [http://www.eaton.com/EatonCom/ProductsServices/PerformanceProducts/Products/Differentials/DetroitTruetrac/index.htm EATON]. В России производятся аналогичные дифференциалы под отечественные автомобили типа УАЗ и.т.д.▼
: '''Третий тип (Т-3)'''▼
Планетарная структура конструкции позволяет сместить номинальное распределение момента в пользу одной из осей. Срабатывание частичной блокировки происходит при 20-30 % разнице в передаваемых на оси моментах. Подобная структура дифференциала делает его компактным, что в свою очередь, упрощает конструкцию и улучшает компоновку раздаточной коробки.▼
В отличие от других конструкций, датчики вращающего момента работают практически в любых условиях. Даже если колеса вращаются с различными скоростями (поворот, прохождение через ухабы), они тем не менее всегда получают вращающий момент основанный на сцеплении.▼
Данные дифференциалы не требуют применения специальных присадок к маслу (в отличие от фрикционных дифференциалов), однако лучше использовать качественное масло для нагруженных гипоидных передач.▼
=== Дифференциал с дисковой блокировкой ===
▲[[Файл:Limited slip diff cone.jpg|250px|thumb|LSD конического типа]]
Этот тип дифференциала (как и [[вязкостная муфта]]) основан на том, что на прямом участке дороги полуоси вращаются синхронно с корпусом дифференциала, а в повороте появляется разница в угловых скоростях.
Строка 86 ⟶ 96 :
Этот вид дифференциала требует периодического обслуживания (так как трущиеся части фрикциона изнашиваются, снижается сила трения и эффективность блокировки) и поэтому редко устанавливается на серийные машины (в основном на спортивные и [[Тюнинг автомобиля|тюнингованные]])
=== Кулачковый дифференциал ===
▲[[File:KdF82 differ1.jpg|thumb|Кулачковый дифференциал Порше, применявшийся на KdF82]]
Конструктивно здесь возможны два варианта исполнения. В одном случае [[кулачковая муфта]], состоящая из двух кулачковых дисков и промежуточного сепаратора с [[Сухарь (техника)|сухарями]] располагается между обеими ведомыми шестернями свободного дифференциала. Во втором случае, планетарная передача дифференциала вообще не имеет зубчатых колёс: эрзац-водилом дифференциала служит сепараторное кольцо, сателлитами являются сухари, а роль ведомых шестерён выполняют два кулачковых диска или кольца с волнообразным профилем сопряжённой с сепаратором поверхности. В обоих случаях идея блокировки основана на том, что при определённой разнице в угловых скоростях ведомых звеньев сухари расклиниваются между кулачковыми дисками/кольцами и практически моментально блокируют дифференциал. Блокировка здесь срабатывает только от разницы в угловых скоростях. До некоторого значения этой разницы дифференциал работает как свободный, по достижению — сразу блокируется, причём не важно, нагружен он крутящим моментом или нет. Какой-либо переходной режим частичной блокировки между свободным и заблокированным состояниями отсутствует. ▼
Первые известные разработки кулачковых дифференциалов вероятно принадлежат [[Порше, Фердинанд|Фердинанду Порше]]. Именно его дифференциал пошёл в серию на машинах [[Volkswagen Typ 82|KdF-Kübelwagen]]. Сегодня кулачковые самоблокирующиеся дифференциалы в основном используются как межколёсные в автомобилях повышенной проходимости и в военной технике (бронетранспортёрах и пр.).▼
=== Вязкостная муфта (Вискомуфта, Viscodrive) ===
Строка 93 ⟶ 109 :
Иногда вместо дифференциала ставят коническую зубчатую передачу с вязкостной муфтой на одной из полуосей.
▲=== Кулачковый дифференциал ===
▲Конструктивно здесь возможны два варианта исполнения. В одном случае [[кулачковая муфта]], состоящая из двух кулачковых дисков и промежуточного сепаратора с [[Сухарь (техника)|сухарями]] располагается между обеими ведомыми шестернями свободного дифференциала. Во втором случае, планетарная передача дифференциала вообще не имеет зубчатых колёс: эрзац-водилом дифференциала служит сепараторное кольцо, сателлитами являются сухари, а роль ведомых шестерён выполняют два кулачковых диска или кольца с волнообразным профилем сопряжённой с сепаратором поверхности. В обоих случаях идея блокировки основана на том, что при определённой разнице в угловых скоростях ведомых звеньев сухари расклиниваются между кулачковыми дисками/кольцами и практически моментально блокируют дифференциал. Блокировка здесь срабатывает только от разницы в угловых скоростях. До некоторого значения этой разницы дифференциал работает как свободный, по достижению — сразу блокируется, причём не важно, нагружен он крутящим моментом или нет. Какой-либо переходной режим частичной блокировки между свободным и заблокированным состояниями отсутствует.
▲Первые известные разработки кулачковых дифференциалов вероятно принадлежат [[Порше, Фердинанд|Фердинанду Порше]]. Именно его дифференциал пошёл в серию на машинах [[Volkswagen Typ 82|KdF-Kübelwagen]]. Сегодня кулачковые самоблокирующиеся дифференциалы в основном используются как межколёсные в автомобилях повышенной проходимости и в военной технике (бронетранспортёрах и пр.).
=== Героторный самоблокирующийся дифференциал ===
Попытка повысить эффективность и долговечность фрикционного дифференциала. При возникновении разницы в угловых скоростях насос закачивает жидкость в цилиндр, и поршень сжимает фрикционный пакет, блокируя дифференциал.
== Принудительно блокируемые дифференциалы ==
=== DPS ===▼
{{main|DPS}}▼
Dual Pump System — система с двумя насосами, автоматически подключающая вторую ось, когда не хватает одной. Применяется в системах полного привода [[Honda]]. Достоинства: работает автоматически, на хорошей дороге экономит бензин. Недостатки: ограниченная [[проходимость автомобиля|проходимость]], сложность, ограничения на [[буксировка|буксировку]].▼
▲=== Ручная блокировка дифференциала ===
▲=== Дифференциал Quaife ===
▲По команде из кабины шестерни дифференциала блокируются, и колёса вращаются синхронно. Таким образом, дифференциал стоит блокировать перед преодолением сложных участков пути (вязкий грунт, препятствия), и затем разблокировать после выезда на обычную дорогу. Применяется в [[вездеход]]ах и [[внедорожник]]ах.
▲При езде на таких автомобилях чаще всего не рекомендуется блокировать дифференциал, когда автомобиль движется, желательно включать блокировку на стоянке. Также нужно знать, что крутящий момент, создаваемый мотором, настолько велик, что может сломать механизм блокировки или полуось. Обычно производители автомобиля отдельно указывают рекомендованную максимальную скорость движения при заблокированном дифференциале, в случае её превышения возможны поломки трансмиссии. Включенная блокировка, особенно в переднем мосту, отрицательно влияет на управляемость.
▲Конструктивно дифференциал состоит из одного простого плоского двухрядного планетарного механизма, схемы {{comment|СВС|Солнце-Водило-Солнце}} с парными взаимозацепленными сателлитами. Единственным визуальным отличием от свободного дифференциала аналогичной схемы является использование в шестернях планетарного механизма косозубого зацепления вместо прямозубого. Идея блокировки основана на том, что в косозубом зацеплении под нагрузкой возникают осевые силы, стремящиеся раздвинуть по своим осям обе зацепленные шестерни в противоположные от плоскости контакта стороны, и здесь это свойство в первую очередь использовано в парах взаимозацепленных сателлитов, которые для этого получают осевую подвижность. При повороте или пробуксовке колеса вращающиеся сателлиты расклиниваются на своих осях, упираются торцами в корпус дифференциала, за счёт чего происходит их торможение и самовыравнивание угловых скоростей ведомых шестерён. Место контакта сателлита с корпусом обычно выполнено в виде некоего кармана, что усиливает фрикционные свойства в точках контакта. Расклинивание сателлитов тем сильнее, чем выше передаваемый ими крутящий момент, но сама степень блокировки определяется углом наклона зубьев зацепления и фрикционными свойствами пар контакта сателлит/корпус. Для усиления фрикционного эффекта в данном дифференциале обычно применяют пять пар сателлитов, хотя теоретически, для плоского дифференциала достаточно и трёх пар. Предельно простая конструкция, однако подвержена износу и ухудшению работы со временем.
▲=== Электронное управление дифференциалом ===
▲Дифференциал типа Quaife запатентовал в 1965 г. основатель и владелец английской фирмы «Quaife Engineering» Родни Квайф. Дифференциал используется как межколёсный в спортивных легковых автомобилях, в подавляющем большинстве случаев на переднем приводе. Во внедорожной технике практически не применяется.
▲На [[внедорожник]]ах, снабжённых антипробуксовочной системой (TRC и другие), если одно из колёс буксует, оно подтормаживается рабочим тормозом.
▲Похожее решение было применено в «[[Формула-1|Формуле-1]]» в [[1998]] г. в команде «[[Макларен (команда Формулы-1)|Макларен]]»: в повороте внутреннее колесо подтормаживалось [[тормозная система|рабочим тормозом]]. Эту систему быстро запретили, однако в Формуле-1 прижилась конструкция фрикционного дифференциала, в котором фрикцион дополнительно управляется компьютером. В [[2002]]<!-- Две тысячи два!! Специально сравнивал регламенты. Mercury. --> году технический регламент был ужесточён; с того же (2002) года и по сей день в Формуле-1 разрешены только дифференциалы простейшего типа.
▲=== Дифференциал Torsen ===
▲[[File:Audi quattro AWD system.jpeg|thumb|Межосевой дифференциал Torsen трансмиссии полноприводных Audi]]
▲Дифференциал типа '''Torsen''' изобретён в [[1958]] г. американцем Верноном Глизманом. Имеет достоинства вязкостной муфты и не имеет её недостатков. Принцип работы основан на свойстве червячной передачи «расклиниваться». Название ''Torsen'' произошло от {{lang-en|Torque sensitive}} («чувствительный к крутящему моменту»). ''Torsen'' — [[товарный знак]] ''JTEKT Torsen North America Inc.''
▲Преимущество электронного управления в том, что повышается тяга в повороте, и степень блокировки можно настроить в зависимости от предпочтений гонщика. На прямой совсем не теряется мощность двигателя. Недостаток в том, что датчики и исполнительные механизмы обладают некоторой [[Инерция|инерцией]], и такой дифференциал нечувствителен к быстро меняющимся дорожным условиям.
▲Разновидностей конструкций не так уж и много — можно выделить три основных:
▲: '''Первый тип (T-1)'''
▲Червячными парами являются шестерни ведущих полуосей и [[Сателлит (механика)|сателлиты]]. При этом каждая полуось имеет собственные сателлиты, которые парно связанны с сателлитами противоположной полуоси обычным прямозубым зацеплением. Следует отметить, что ось сателлита перпендикулярна полуоси. При нормальном движении и равенстве передаваемых на полуоси моментов, червячные пары «сателлит / ведущая шестерня» либо остановлены, либо проворачиваются, обеспечивая разницу угловых скоростей полуосей в повороте. Как только дифференциал пытается отдать момент на одну из полуосей, то червячную пару этой полуоси начинает расклинивать и блокировать с чашкой дифференциала, что приводит к частичной блокировке дифференциала. Данная конструкция работает в самом большом диапазоне отношений крутящего момента — от 2,5:1 до 5,0:1, то есть является самой мощной в серии. Диапазон срабатывания регулируется углом наклона зубцов червяка.
▲: '''Второй тип (T-2)'''
▲В данном случае, оси сателлитов параллельны полуосям. Сателлиты расположены в своеобразных карманах чашки дифференциала. При этом парные сателлиты имеют косозубое зацепление, которое расклиниваясь, так же участвует в процессе блокировки. Подобное устройство имеет и дифференциал TrueTrac компании [http://www.eaton.com/EatonCom/ProductsServices/PerformanceProducts/Products/Differentials/DetroitTruetrac/index.htm EATON]. В России производятся аналогичные дифференциалы под отечественные автомобили типа УАЗ и.т.д.
▲: '''Третий тип (Т-3)'''
▲Планетарная структура конструкции позволяет сместить номинальное распределение момента в пользу одной из осей. Срабатывание частичной блокировки происходит при 20-30 % разнице в передаваемых на оси моментах. Подобная структура дифференциала делает его компактным, что в свою очередь, упрощает конструкцию и улучшает компоновку раздаточной коробки.
▲=== DPS ===
▲В отличие от других конструкций, датчики вращающего момента работают практически в любых условиях. Даже если колеса вращаются с различными скоростями (поворот, прохождение через ухабы), они тем не менее всегда получают вращающий момент основанный на сцеплении.
▲{{main|DPS}}
▲Dual Pump System — система с двумя насосами, автоматически подключающая вторую ось, когда не хватает одной. Применяется в системах полного привода [[Honda]]. Достоинства: работает автоматически, на хорошей дороге экономит бензин. Недостатки: ограниченная [[проходимость автомобиля|проходимость]], сложность, ограничения на [[буксировка|буксировку]].
▲Данные дифференциалы не требуют применения специальных присадок к маслу (в отличие от фрикционных дифференциалов), однако лучше использовать качественное масло для нагруженных гипоидных передач.
== Активный дифференциал ==
| |||