Блокировки на диференциалите (видове и начин на работа)

[Митко/fulda/]

Ето ви малко теми за размисъл :
LSD фрикционен тип
Quaife
Torsen

нещо по-интересно : gerotor
e-zlocker
detroit locker
ARB
е , и руския палцов ...

[ДиДжейДавел]

e-zlocker


Мите тук не разбирам с двата CLUTCH'а се блокира?Или?Иначе другите са ми ясни като начин на действие!

[alex_markov]

Браво Фулда - супер подбор си направил.
Лошото е че все оше quife-а не мога да разбера как работи - не мога да си го представя...

[Венцислав Петров]

Благодаря на fulda за отварянето на тази тема, която е много важна за всеки по-сериозен джипер – друмар – офроудер...


Диференциала – това е механично устройство, което предава въртящия момент от един източник на два независими потребителя по такъв начин, че ъгловите скорости на въртене на източника и двата потребителя да могат да бъдат различни един спрямо друг. Това се постига благодарение на така наречения планетарен механизъм. В автомобилостроенето, диференциала се явява един от ключовите елементи на трансмисията.

На първо място той служи за предаване на въртящият момент от скоростната кутия към колелата на водещият мост. Защо въобще е нужен диференциала? При произволен завой пътя на колелото, което е от вътрешната страна на завоя е по-кратък от пътя, който изминава външното (по радиуса) колело. В резултат на това ъгловата скорост на въртене на вътрешното колело трябва да е по-малка от тази на външното колело. В случай че това е на мост, който не е водещ, проблема се решава много лесно, тъй като колелата нямат връзка помежду си и се въртят независимо едно от друго.

Но ако мостът е водещ (предавателен) е нужно да се предава въртящия момент и на двете колела, иначе управлението на автомобила ще бъде затруднено.
При твърда връзка на колелата на водещият мост и подаването на въртящия момент на общата им ос автомобила няма да бъде в състояние да завива нормално, защото двете колела ще се опитват да изминат един и същ път в завоя, което е невъзможно.
Диференциала позволява да се реши този проблем: той предава въртящият момент на две разделени оси по една за всяко колело (полуоси) чрез своя планетарен механизъм с произволно съотношение на ъгловите скорости на въртене на отделните полуоси. Като резултат автомобила може да се движи и завива нормално, направо и в завой.



Схема на работа на диференциала и планетарния механизъм. Анимирана схема на работа може да се види на сайта Howstuffworks .

Но в предвид физиката на устройството планетарния механизъм има и един неприятен недостатък: а именно стреми се да предаде получения въртящ момент там, където е най-леко. Например, ако и двете колела на моста имат еднакво сцепление с пътя и усилието, което е необходимо за задвижването им е еднакво и тогава диференциала ще разпределя въртящия момент еднакво. Но ако само се появи разлика в сцеплението на едното колело към пътя в сравнение с другото (например едното е върху лед, а другото е останало върху асфалта) диференциала веднага преразпределя усилието като предава момента на това колело, което се върти по лесно (което е върху леда). Като резултат колелото, което се намира върху асфалта престава да получава въртящ момент, а това върху леда обратно получава пълния въртящ момент и освен това планетарния механизъм започва да играе ролята на редуктор, което допълнително повишава скоростта му на въртене.

Естествено в тази ситуация силно се влошава управлението, проходимостта и управляемостта на автомобила. В края на краищата според логиката в тази ситуация е желателно въртящия момент да се предава предимно на колелото което е върху асфалта за да може автомобила да продължи своето движение.

При автомобилите с предаване на всички колела обикновено с диференциали са оборудвани и двата моста а често може да има и диференциал между мостовете. (при автомобилите 4х4) Последният е необходим за постоянното движение с включени два моста и предаване на четирите колела. В случая е важен факта че при завой колелата на предния и задния мост изминават различни пътища.
Междуосевия диференциал служи за предаването на въртящият момент от скоростната кутия към двата водещи моста с различни ъглови скорости. Такава схема с три диференциала се явява едно от най-разпространените решения за автомобилите 4х4 (Full time 4WD).
Връщайки се към горния проблем на планетарния механизъм е интересно да се погледне и ситуацията в която автомобила 4х4 с междуосев диференциал само с едното от колелата е върху този лед (или хлъзгава яма). Какво ще се случи? Диференциала на моста, чието колело е върху леда ще отдаде целия получен момент на колелото, което е върху леда. Междуосевият диференциал на свой ред ще предаде целия въртящ момент натам, накъдето е най-лесно т.е. към моста с колелото, което е върху леда а не на моста който би могъл да осигури движението на автомобила. В резултат, целия въртящ момент от двигателя през скоростната кутия ще отиде за въртенето на единственото колело, което се намира върху леда. Останалите три колела ще спрат и няма да получават никакъв въртящ момент. В крайна сметка резултата е че от четири водещи колела остава само едно което се движи и то е върху леда т.е. автомобила е заседнал. Как да се направи така, че диференциала да предава въртящия момент на колелата с по-добро сцепление? За това са разработени различни способи за частична, пълна, ръчна и автоматична блокировка на диференциалите, която ще разгледаме по-долу.

Основна цел на блокировките на диференциала се явява предаването на необходимия въртящ момент на двата му потребителя (полуосите или карданите съответно) Съществуват принципно различни методи за решение на тази задача.

1. Пълна (100%-на) ръчна блокировка



При този тип блокировки диференциала фактически престава да изпълнява своите функции и се превръща в проста предавка твърдо свързваща полуосите (или карданите) като им предава въртящият момент с еднаква ъглова скорост. За да блокирате класическия диференциал е достатъчно или да блокирате възможността за въртене на сателитите или твърдо да съедините чашката на диференциала с едната от полуосите. Такава блокировка като правило използва пневматичен, електрически или хидравличен начин на задействане който се управлява от купето на автомобила. Използва се и при междуосевите и при мостовите диференциали.

На картинката е изобразена схемата на блокировка на фирмата ARB за мостов диференциал при който се блокират сателитите.

Такива блокировки могат да се включват само при напълно спрял автомобил. Следва да се използват с изключително внимание тъй като въртящият момент от двигателя е достатъчен, за да счупи или механизма на блокировката или полуосите. Използването на такава блокировка е допустимо само при движение с малка скорост и в лоши пътни условия тъй като ефекта от действието им е силно намаляване на управляемостта на автомобила. Като правило с такива блокировки се оборудват пълноценни автомобили за тежки условия като Toyota Land Cruiser, 4Runner (Hilux Surf), Mercedes G-Class и т.н.
Limited Slip Differentials -Диференциали с ограничено приплъзване (на едната полуос спрямо другата) Към тези диференциали се отнасят точките 2,3 и 4.

2. "Slip Limiter". Автоматична блокировка с използване на виско-муфа:



В този случай се употребява блокировка на едната от полуосите с чашката на диференциала. Виско-муфата се монтира съосно на полуоската така че единият и привод се закрепва твърдо към чашката на диференциала, а другата към полуоската. При нормално движение ъгловите скорости на въртене на чашката и полуоската са еднакви или се различават незначително. (при завой) Съответно работните плоскости на виско-муфата имат някакво неголямо разминаване в ъгловите скорости и муфата е не задействана.

Когато едната от полуските започне да получава по-голям въртящ момент и съответно по-голяма ъглова скорост на въртене спрямо другата във виско-муфата започва да се появява триене, което започва да предизвиква блокиране. При това колкото по-голяма е разликата в скоростите толкова по-силно е триенето вътре и съответно степента на блокиране. Колкото степента на блокировка е по-голяма толкова намалява разликата в ъгловите скорости на двете колела, което довежда до намаляване на триенето във виско-муфата, което пък води до плавното и изключване.

Такава схема на блокировка обикновено се използва за между-осеви диференциали тъй като конструкцията и е прекалено масивна, за да бъде монтирана на мостовия диференциал. Подобен механизъм работи добре при експлоатация на пътища с лошо покритие, но при истински тежки условия и липса на път способностите и не са особено големи. Виско-муфата в такива условия постоянно работи, което довежда до много бързото и прегряване и съответно до повреждането и. Такъв тип блокировки се слагат само на «паркетни» автомобили от рода на Toyota Rav4, Lexus RX300, FW Tuareg и т.н.

3. Палцеви и зъбни автоматични блокировки.

Палцев (кулачков)




Detroit locker




E-Z Locker




Принципа на работа на тези блокировки е достатъчно прост. Вместо класическия планетарен механизъм се използват палцеви или зъбни двойки, които при неголяма разлика в ъгловите скорости на полуосите имат възможност да прескачат, а при пребоксуване се заклинват и така блокират двете полуоси една с друга.
Не е трудно да си представим какво се случва с автомобила при сработване на такава блокировка в завой. Именно затова такива блокировки се използват само при военни и специални машини (УАЗ, БТР...) като специално за блокировките на УАЗ са направени промени във височината и формата на палците за да се намали до минимум ефекта на заклинването. На картинката е изобразена блокировка на (БТР 60), Detroit Locker и Detroit E-Z Locker. (компания Tractech) Предимство на този тип блокировки са тяхната здравина, надеждност и живот съизмерим с този на диференциала.

4. Само-блокиращи диференциали.

По принцип на работа се делят на два типа speed sensitive т.е сработващи от разликата в ъгловите скорости на полуоските и torque sensitive – сработващи от разликата в предавания момент на полуосите.

Speed sensitive differentials

Устройството на тези диференциали е достатъчно просто и принципиално не се различава от обикновения диференциал.







Между полуосите и чашката на диференциала са добавени комплекти блокове от фрикционни пластини (отбелязани с червени точки). Именно затова подобни диференциали често биват наричани "friction based LSD". Когато диференциала се опитва да преразпредели въртящия момент на едната от полуосите и започне да възниква разлика в ъгловите скорости между полуосите и чашката пластините под действието на силите на триене сдържат увеличаването на тази разлика. Разбира се, когато величината на въртящият момент превъзхожда силата на триене между пластините целият момент се предава на по-леко въртящото се колело (полуос). Такива блокировки работят в сравнително неголям диапазон на разлика в моментите. Много често фрикционните блокове пружинират.

Такива диференциали обикновено се инсталират заводски в задния мост на много автомобили Toyota 4Runner (Hilux Surf), Nissan Terrano, Kia Sportage и т.н. Американската компания ASHA Corp. е отишла много по-далече като е снабдила тази конструкция с помпа-бутало за задействане.

При възникване разлика в ъгловите скорости на полуосите и чашката помпата нагнетява масло на към буталото и натиска фрикционния блок като по този начин блокира диференциала. Тази конструкция е получила името Gerodisk (Hydra-Lock) и се монтира на машините на Крайслер (на картинката). Практически за всички friction based диференциали е необходимо да се използва специално масло което съдържа присадки позволяващи нормалната работа на фрикционните блокове.


Torque sensitive differentials




Това е една от най-интересните, ефективни, технологични и практически приложими системи за блокировка на диференциалите. Принципа на работа е основан на свойството на хипоидната предавка „разклинване”. Във връзка с това основните или по-често всичките сцепления в такива диференциали са хипоидни (по народному винтови) Разновидностите са три основни типа.

Първият тип е на името на компанията Zexel Torsen . Хипоидните двойки се явяват зъбните колела на водещите полуоси и сателити. При това всяка полуос има собствени сателити, които са по двойки свързани със сателитите на противоположната полуоска чрез обикновено зъбно съединение с прави зъби. Следва да се отбележи, че оста на сателита е перпендикулярна на полуоската. При нормално движение и равенство на предаваните моменти към полуоските хипоидните двойки сателит / водещо зъбно колело или са спрени или се въртят осигурявайки разлика в ъгловите скорости на полуосите при завой. В момента в който диференциала се опита да отдаде повече момент на една от полуоските то тази хипоидна двойка започва да се «разклинва» и блокира с чашката на диференциала което довежда до частично блокиране. Тази конструкция работи в голям диапазон на въртящият момент от 2.5/1 до 5/1. Диапазона на задействане се управлява от наклона на зъбите на предавката.

Автор на втория тип блокировки е англичанинът Rod Quaife. При това решение осите на сателитите са паралелни на полуосите. Сателитите са разположени в своеобразни джобове на чашката на диференциала.




При това двойките сателити имат не право-зъбо зацепване а образуват помежду си още една хипоидна двойка която «разклинвайки» се участва в работата на диференциала. ( на картинката) Подобно устройство има и диференциала True Track на компанията Tractech.




Компанията Zexel Torsen в своя диференциал Т-2 предлага малко по-различна компановка на това устройство. Благодарение на своята необичайна конструкция двойките сателити са съединени помежду си с външната страна на слънце-образните зъбни колела. В сравнение с първия тип тези диференциали имат по-малък диапазон на блокировка, но са много по-чувствителни към разликата в предаваните моменти и сработват знаително по-рано. Компанията Tractech произвежда мостов torque sensitive дифференциал Electrac, който е с принудително електрическо задействане.



Третия тип се произвежда отново от Zexel Torsen (Т-3) и неговото основно предназначение е за между-осови диференциали. Планетарната структура на конструкцията позволява да се премести номиналното разпределение на момента в полза на единия мост. Например използвания на 4Runner 4-то поколение диференциал Т-3 има разпределение 40/60 в полза на задният мост.

Подобно устройство на диференциала го прави много компактен.

Горе описаните torque sensitive диференциали са много популярни в авто-спорта. Освен това много производители инсталират такива диференциали още при производството както за между-осеви така и мостови. Тези диференциали не изискват специални присадки към маслото, но е много важно маслото да бъде от достатъчно висок клас предназначено за хипоидни предавки.

5. Управление на работата на диференциала с помощта на електронни системи за контрол на спирачното усилие (Traction Control)

В съвременното автомобилостроене се използват все повече и по мощни електронни системи за контрол. Рядкост стават автомобилите които са без фабрично инсталирана ABS система. Наличието на тази система е добра основа за реализация на допълнителни системи за управление на момента. Принципите на работа на подобни системи са много прости. Използвайки датчиците за въртене на колелата, когато системата установи, че някое от колелата буксува автоматично го блокира използвайки спирачния апарат, което както знаете от устройството на планетарния механизъм предизвиква преместването на момента към другото колело.

Възможна е и комбинация от такава система с класически решения като Torsen диференциал например. Подобни системи въпреки своите предимства на пътя са много далече от успешната работа в тежки условия, където не успяват да осигурят необходимата надеждност и отказо-устойчивост.

Голяма част от материала е превод от
www.4runner.sovintel.ru и
auto.howstuffworks.com

[Turbozmej]

Поздравления и благодарности за отличната статия. МНОГО НУЖНА!

Успех

Т.

[Митко/fulda/]

Едно малко допълнение :

DETROIT LOCKER - а при разлика в сцеплението на двете колела ОТКАЧА ненатовареното и предава въртящия момент само на колелото , което има сцепление . Т.е. висящото колело е НАПЪЛНО СВОБОДНО Лошото е , че понякога полуоските не издържат това натоварване ...

[Митко/fulda/]

А това е мечтата на всеки Жипкажия - LSD + 100% блокаж !
http://www.tractech.com/Products.htm#locking

[DINI]

DINI

Според мен от си4ките тиа системи най-добрия и лесен вариант е както при самурая! A ето как е там!!!
http://blokaj.hit.bg/
100% за жалост оба4е е само на задня мост!
Но такав тип блукаж може да се направи на всеки цял мост!
4ао

[go go go]

това си е най - обикновен блокаж, който се задейства ръчно, на този принцип работи ARB, OX Locker и още много, много такива по чуждоземните сайтове му казват selectable locker. една вилка, която се мърда от нещо си и блокира касетката

не е само самурая с такова нещо

[Doc]

На задния диф на LJ 70 пише LSD. Към кой тип спада от описаните от В. Петров /2,3 или 4/ в по горната статия?

[Тедо /LJ73/]

На задния диф на LJ 70 пише LSD. Към кой тип спада от описаните от В. Петров /2,3 или 4/ в по горната статия?

speed-sensitive като на Хай-лукса...

предлагам на колегите с Тойоти 70/73 да се организираме и да си вкараме от някъде блокажи - ще ни излезе доста по-евтино, отколкото всеки поотделно да внася...

[Тедо /LJ73/]

А това е мечтата на всеки Жипкажия - LSD + 100% блокаж !
http://www.tractech.com/Products.htm#locking

имат дистрибутор в Турция:
Istanbul
ASAMAK AUTOMOTIVE LTD.
Yedpa D Cad. No 60
34755 Umraniye
Phone: +90-216-471-0545
Fax: +90-216-471-0534
Website: www.a-performance.com
Email: info@a-performance.com

Мисля, че това е оптималното решение... Няма мита, няма ДДС-та... Палиме една кола до Истамбул и "Кеш енд Кери"

[Митко/fulda/]

Това не се произвежда за Тойота колега

[Тедо /LJ73/]

Това не се произвежда за Тойота колега

ако не се произвежда за тойота, значи не е "мечтата на всеки джипкаджия"

дай нещо за нашите бабички-тойоти

[go go go]

колеги време е да си смените колите с вранглери това се прави за вранглер

за тойота има ARB air locker това е блокаж, който се задейства ръчно от кабината, работи с компресор и може да се включва и изключва в движение. блокировката е 100% и от това което съм чел е доста надеждна докато някой не я строши.

блокиращата касетка излиза около 1000$ с компресора докарана в българия без надценка и от тук се почва, няма смисъл да отвориш дифа и после да си го сглобиш със старите части, затова ти тряабват нови корона и пинион и лагери и втулка и семеринги

ако фулдата не се навие да ти го монтира за малко пари има един в бояна дето може да ти свърши работа срещу 1000 лв за труд

и още нещо, като ще слагаш блокажи слагай и отпре и отзад ще излезне кам 5000 - 7000 лв нищо работа

а ако карате вранглер има блокаж за 250$, комплект корана и пинион с лагерите, втулките и семерингите за 200$ и остава само монтажа

а касетката, която е на картинката detroit electrac струва около 700$ комплекта, пак за вранглер разбира се