Блокировка дифференциала автомобиля своими руками

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.

Особенности применения на Ниве

• при движении на дорогах с твердым покрытием, блокировка дифференциала должна быть отключена;
• на крутых подъемах и слабых грунтах следует включать пониженный ряд передач на РК;
• при преодолении труднопроходимых участков местности следует заблаговременно включить блокировку;
• переключать РК на пониженный ряд передач нужно только после полной остановки автомашины;
• переключаться на пониженную передачу и включать блокировку можно при движении автомобиля с любой скоростью, предварительно выключив сцепление;
• для нормальной работы привода блокировки рекомендуется периодически (раз в неделю) переключать рычаг на РК, особенно в зимний период.

На сегодняшний день механизм принудительной ручной блокировки на полноприводных автомобилях считается наиболее эффективным. Правильное и своевременное ее использование позволяет автомобилю успешно преодолевать труднопроходимые участки местности и уверенно чувствовать себя в условиях российского бездорожья.

ВАЗ 2121, Нива – один из самых признанных внедорожников в мире. Несмотря на, без малого, сорокалетнюю историю и почти не изменившийся за это время внешний вид, автомобиль до сих пор востребован и имеет своего покупателя. Их прельщает неприхотливость автомобиля и его проходимость. Второе качество Ниве обеспечивает уникальная в своем роде трансмиссия с постоянно включенным полным приводом и возможности блокировки дифференциалов. Однако даже сами владельцы внедорожника не всегда правильно понимают назначение рычагов в салоне автомобиля. Поэтому короткий ликбез по раздатке, дифференциалам и блокировкам, будет совсем не лишним.

Немного о трансмиссии Нивы Основными узлами трансмиссии ВАЗ 2121 и всех последующих модификаций являются:

• Карданные валы;
• Коробка передач;
• Раздаточная коробка на два диапазона;
• Передний и задний мост.

Первые два пункта понятны и особых вопросов не вызывают, а оставшиеся нужно рассмотреть немного подробнее.

Мосты Нивы

Основой любого ведущего моста является дифференциал. Без него автомобиль мог бы ехать только прямо. Дело в том, что при повороте левое и правое колесо проходят разное расстояние, и если они будут жестко насажены на ось – пробуксовки одного из них не избежать

Это не принимая во внимание того факта, что нагрузка на ось в этом случае превысит все пределы. Теоретически, на практике этого не происходит и именно благодаря дифференциалу

Он распределяет усилие таким образом, что всегда крутится только одно колесо.

Оно не является ведущим постоянно, как могло показаться, это было бы слишком просто. Тяговое усилие передается колесу, которое встречает меньшее сопротивление. Именно поэтому, когда машина стоит одним колесом на сухом асфальте, а другим на льду, то крутиться будет именно то, под которым находится скользкая поверхность.

Применительно к Ниве, дифференциалов у нее три. Два в переднем и заднем мостах, межколесные, и один, межосевой, в раздаточной коробке. Для чего он нужен? Это обратная сторона постоянного полного привода. Дело в том, что если обоим мостам передать одинаковое усилие, то машина сможет двигаться только прямолинейно. Чтобы она смогла поворачивать, тяговое усилие на мосты должно изменяться, по аналогии с колесами на каждом из них. Чем больше нагрузка на мост, тем меньше на нем должен быть крутящий момент. Иначе, при полном приводе поломок не избежать.

Справедливости ради нужно отметить, что существует множество внедорожников, в которых межосевой дифференциал отсутствует. Но не нужно забывать, что там привод не является постоянным, и включать его можно на непродолжительное время и только по льду или в грязи, чтобы колеса имели возможность пробуксовывать.

Ручная блокировка

Ручная блокировка силового привода предполагает использование кулачковой муфты, то есть соединяет части дифференциала и полуоси. Для того чтобы ее включать или выключать применяется специальный механизм. Это может быть пневматический, механический, гидравлический или электрический привод.

Механический привод работает за счет определенной системы из тросов и рычагов, движение которых либо включает, либо выключает блокировку. Электрический вариант работает за счет специального двигателя, а активация происходит путем нажатия на кнопку в салоне. Что касается гидравлического и пневматического приводов, то здесь главными механизмами считаются цилиндры и пневмокамеры соответственно.

Такой тип блокировки необходим, если автомобиль используется как на бездорожье, так и на обычных дорогах

Крайне важно после преодоления препятствий выключать эту систему для избегания поломок и для комфортного передвижения

дифференциал блокировка

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, сложность, ограничения на буксировку.

Шестеренчатые самоблокирующиеся дифференциалы

Существует три типа таких дифференциалов:

• планетарные
• Quaife
• Torsen. 

Все они основаны на свойстве косозубой или червячной передачи «заклинивать» при определенном соотношении крутящих моментов. Такие дифференциалы передают большую часть крутящего момента (до 80%) небуксующему колесу. Применяются во внедорожниках и гоночных автомобилях. Недостатки: сложность; большая потеря мощности, чем у обычного дифференциала. Дифференциал типа Torsen изобретен в 1958 г. американцем Верноном Глизманом. Имеет достоинства вязкостной муфты и не имеет ее недостатков. Принцип работы основан на свойстве червячной передачи «расклиниваться». Название Torsen произошло от англ. 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 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. Рис.10 Рис.11Второй тип (T-2). Автором этого типа является англичанин Rod Quaife 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 EATON. Даже у нас в России появилось производство аналогичных дифференциалов под отечественные автомобили УАЗ и т. д. Рис.12 Рис.13Третий 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. Рис.14 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. Рис.15 В целом, смещение номинального распределения момента между осями возможно в диапазоне от 65/35 до 35/65. Срабатывание частичной блокировки происходит при 20–30% разнице в передаваемых на оси моментах. Так же, подобная структура дифференциала делает его компактным, что в свою очередь, упрощает конструкцию и улучшает компоновку раздаточной коробки. Вышеописанные torque sensitive дифференциалы очень популярны в автоспорте. Более того, многие производители устанавливают такие дифференциалы на свои модели штатно, как в качестве межосевых, так и межколесных дифференциалов. Например, Тойота устанавливает такие дифференциалы как на легковые автомобили (Supra, Celica, Rav4, Lexus IS300, RX300 и. т. д), так и на внедорожники (4Runner / Hilux Surf, Land-Cruiser, Mega-Cruiser, Lexus GX470) и автобусы (Coaster Mini-Bus). Данные дифференциалы не требуют применения специальных присадок к маслу (в отличие от friction-based дифференциалов), однако лучше использовать качественное масло для нагруженных гипоидных передач. Не ниже API GL-5.

Типы электронных блокировок дифференциала

Система противоскольжения установлена на автомобилях многих автопроизводителей. Однако системы, выполняющие одни и те же функции в разных автомобилях, могут иметь разные названия. Рассмотрим самые известные: EDS, ETS и XDS.

EDS — это электронная блокировка дифференциала, которую можно найти в большинстве автомобилей (например, Nissan, Renault).

ETS (Electronic Traction System) — система, аналогичная EDS, разработанная немецким производителем автомобилей Mercedes-Benz. Этот тип электронного дифференциала выпускается с 1994 года. Mercedes также разработал усовершенствованную систему 4-ETS, способную тормозить все колеса автомобиля. Он устанавливается, например, на среднеразмерные кроссоверы премиум-класса (М-класс).

XDS — это расширенный EDS, разработанный немецким производителем автомобилей Volkswagen. XDS отличается от EDS дополнительным программным модулем. В XDS используется принцип поперечной блокировки (торможение ведущих колес). Этот тип электронного дифференциала разработан для увеличения тяги и улучшения управляемости. Система немецкого производителя исключает недостаточную поворачиваемость автомобиля при прохождении поворотов на высокой скорости (этот недостаток при движении присущ переднеприводным автомобилям) и управляемость становится более точной.

Самостоятельная установка блокировки дифференциала

Мастерские довольно высоко оценивают свои услуги по установке блокировки дифференциала. Общая стоимость складывается из цены самого устройства (порядка 10–50 тыс. рублей, а иногда и больше), затрат на дополнительные запчасти и материалы, вознаграждения мастеру-установщику. Очевидно, что профессиональная установка ограничителя обойдётся вам в круглую сумму.

Существенно сократить расходы можно, применив собственные навыки и установив блокировку своими руками. На подготовительном этапе придётся обзавестись необходимым измерительным инструментом и комплектом регулировочных колец.

Пример установки блокировки дифференциала на УАЗ (видео):

Установка механизма производится по следующей схеме:

1. Расположить автомобиль на эстакаде или над смотровой ямой в гараже.
2. Надёжно закрепить его домкратами.
3. Снять все колёса и тормозные барабаны.
4. Демонтировать полуоси и аккуратно вытянуть их наружу.
5. Снять карданный вал.
6. Демонтировать редукторы.
7. Установить блок блокировки.
8. Произвести установку всех демонтированных узлов в обратной последовательности.

Настройка привода включения ограничителя

Перед установкой приводного тросика производят регулировку его рабочего хода.

Помимо описанных выше причин установки блокировки, её используют как способ исправить дефектный дифференциал, неправильно распределяющий усилие по колёсам.

При полностью отключенном дифференциале из-за большого крутящего момента могут возникнуть сложности с поворачиванием руля — это небольшая плата за возможность заставить автомобиль двигаться даже в самых сложных условиях (на скользкой поверхности, в грязи, в случае провисания колеса).

Блокировка дифференциала — устройство сложное, но его установка под силу даже неопытному водителю. Главное здесь — тщательная подготовка к работе и наличие специального инструмента.

Симметричные дифференциалы

Чем больше величина коэффициента блокировки, тем лучше проходимость. А во время движения по ровной дороге по асфальту большой коэффициент наоборот ухудшает управление и динамику транспортного средства, потому что момент отстающего колеса момент в несколько раз больше, что способствует выталкиванию машины из поворота. В таком случае идет повышенный износ резины из-за пробуксовок, идет нагрузка на узлы привода, уменьшается коэффициент полезного действия и увеличивается расход топлива.

Преднатяг дифференциала — это, своего рода, взаимная уступка между комфортом управления и тяговой мощностью автомобиля.

Типы устройств блокировки

Блокирующее устройство узла зависит от его типа и используемого механизма. Различные функции ограничены и определяют возможность их использования в межосевых или межколесных дифференциалах.

Кулачковое устройство блокировки

Принудительная блокировка происходит вручную через кулачковую муфту. Муфта полностью блокирует механизм и жестко соединяет его корпус с нагруженной полуосью. Кулачковый дифференциал приводится в действие приводами следующих типов:

• механический;
• гидравлический;
• пневматический;
• электрический.

Они включаются рычажным механизмом или специальной кнопкой на панели приборов (для электропривода).

Благодаря своей универсальности кулачковый дифференциал используется в межосевых и межколесных механизмах.

Самоблокирующейся дифференциал

Самоблокирующееся (автоматическое) дифференциальное устройство использует принцип увеличения сил трения при изменении условий нагрузки на полуоси ведущих колес. Отсюда и другое название — «дифференциал повышенного трения» или LSD (Limited Slip Differential).

Дифференциал повышенного трения имеет четыре основных варианта в зависимости от способа увеличения трения:

• дисковый;
• червячный;
• вискомуфта;
• электронная блокировка.

Дисковый

Дифференциал повышенного трения, в котором используется дисковая муфта, использует принцип автоматической блокировки при изменении угловых скоростей полуосей: чем больше их разница, тем выше степень перераспределения крутящего момента.

При использовании этого типа LSD между дисками возникает трение. Один фрикционный пакет имеет жесткое соединение с чашкой дифференциала, другие — с полуосями.

Фрикционные пакеты вращаются с одинаковой скоростью, когда ведущие колеса вращаются тоже, с одной и той же скоростью. При изменении угловой скорости диски ускоряющейся полуоси передают часть крутящего момента на вал другой полуоси (частичная блокировка) за счет увеличения силы трения с фрикционным пакетом корпуса (чашкой).

Степень сжатия в дисковом дифференциале может быть постоянной (за счет пружин) или переменной (гидравлически управляемой).

Червячный

Сателлиты и полуоси с червячной передачей в качестве привода часто используются для создания LSD, блокируемого в результате разности крутящих моментов.

Эта система LSD с червячным приводом известна как Torque Sensing или сокращенно — Torsen. Принцип работы червячной передачи чрезвычайно прост: увеличение крутящего момента на одной полуоси приводит к частичной блокировке и его передаче на другую полуось. В этом случае не требуются никакие дополнительные системы или агрегатов, червячный узел изначально является самоблокирующимся из-за свойств привода, в котором другие шестерни не могут приводить в движение червячную передачу. Червячный привод применяется в колесных и межосевых дифференциалах различных типов машин.

Вискомуфта

Вязкостная муфта состоит из набора близко расположенных перфорированных дисков, которые размещены в герметичном корпусе с силиконовой жидкостью и соединены с чашкой и приводным валом.

При одинаковых угловых скоростях устройство работает в штатном режиме. Его блокировка происходит при увеличении скорости вала: диски на нем увеличивают скорость и, перемешивая силикон и заставляют его затвердеть. Диски чашки получают и передают крутящий момент на другой вал, увеличивая его тяговое усилие.

LSD, блокирующую функцию которого выполняет вязкостная муфта, имеет большие габаритные размеры и применяется в межосевых дифференциалах. Вязкостная муфта также может использоваться как дифференциал полноприводного автомобиля и полностью выполняет его функции.

Однако у нее есть один серьезный недостаток: возможен перегрев и периодическая несовместимость с системой ABS. Это привело к тому, что вискомуфты используются в современных автомобилях крайне редко.

Электронная блокировка

Дифференциал повышенного трения, в котором используется электронная система блокировки, реагирует на изменение угловой скорости ведущих колес.

Дифференциал управляется программно. По мере увеличения скорости колеса в тормозной системе повышается давление, и его скорость уменьшается. Это увеличивает тяговое усилие и передает крутящий момент на другое колесо.

Таким образом, дифференциал не оборудован дополнительными элементами и не блокируется, то есть по сути это не LSD. Перераспределение крутящего момента и выравнивание угловых скоростей происходит под действием тормозной системы, управляемой антипробуксовочной системой.

Принцип работы

Система, имитирующая блокировку дифференциала, работает циклично. В цикле ее работы присутствует три стадии:

• стадия увеличения давления;
• стадия удержания давления;
• стадия сброса давления.

Принцип электронной блокировки дифференциала

На первой стадии (когда ведущее колесо начинает проскальзывать) блок управления получает сигналы от датчиков частоты вращения колес и на их основе принимает решение о начале работы. Происходит запирание переключающего клапана, а также открытие клапана высокого давления в гидравлическом блоке системы ABS. Насос ABS создает давление в контуре рабочего тормозного цилиндра проскальзывающего колеса. В результате увеличения давления тормозной жидкости происходит торможение буксующего ведущего колеса.

Вторая стадия начинается с момента, когда прекращается пробуксовка колеса. Система имитации блокировки межколесного дифференциала фиксирует достигнутое тормозное усилие за счет удержания давления. В этот момент действие насоса прекращается.

Третья стадия: колесо заканчивает проскальзывать, происходит сброс давления. Переключающий клапан открывается, а клапан высокого давления закрывается.

При необходимости все три стадии цикла работы электронного дифференциала повторяются. Отметим, что система функционирует, если скорость автомобиля находится в диапазоне от 0 до 80 км/ч.

Классификация дифференциалов

Различают два основных вида дифференциальных механизмов: межколёсный и межосевой. Межколёсный предназначается для различных автомобилей с приводом на два колеса. Межосевой делит крутящий момент на все четыре. В зависимости от модели дифференциала, используются различные конструктивные решения механизма. В переднеприводных машинах этот узел обычно помещают в картере коробки передач. У заднепрводных раздаточные шестерни размещают в корпусе заднего моста.

Полноприводные внедорожники  используют для размещения дифференциального механизма чаще всего отдельную раздаточную коробку («Land Cruiser», «Нива»). Некоторые производители используют конструкцию с двумя раздельными дифференциалами (Jeep «Cherokee», UAZ «Hunter»),  размещёнными в переднем и заднем мостах.

Характеристики и правила выбора

Выбор самоблокирующегося дифференциала обуславливается моделью автомобиля, условиями его эксплуатации, стилем вождения и многими другими параметрами. Например, шариковый дифференциал увеличивает нагрузку на рулевое управление, что фактически меняет стиль вождения того, кто находится за рулём. В основном это ощущается при выполнении разворотов и поворотов, но может повлечь за собой поломки комплектующих трансмиссии.

Если правильно подходить к выбору самоблока, то необходимо учитывать, на какую ось автомобиля будет устанавливаться механизм, так как количество шлицов у различных моделей разное — двадцать два или двадцать четыре.