Виды блокировок, их устройство и особенности эксплуатации
Кто-то впервые задумывается о блокировках дифференциалов, болтаясь в ночи на тросе позади тарахтящего трактора, кто-то – блуждая по бесконечным сайтам в интернете, посвященным строительству подготовленных внедорожников. Кто-то вообще о блокировках не задумывается, а просто знает, что у правильного внедорожника должно блокироваться все.
Разберемся для начала, что же такое дифференциал, который иногда требуется блокировать?
Дифференциал
Дифференциал это механическое устройство, которое принимает крутящий момент с карданного вала и распределяет его между ведущими колёсами пропорционально, автоматически компенсируя разницу в их скорости вращения.
Другими словами, дифференциал направляет мощность двигателя на ведущие колеса, позволяя им вращаться с разными угловыми скоростями (отсюда само название — дифференциал).
Смутная потребность в дифференциале впервые возникла в лохматые, доподшипниковые времена, когда внедорожниками служили лошадки, а первые телеги очень плохо вписывались в повороты.
Ручной тормоз для подтормаживания колеса на древних каретах.
Ведь колеса были намертво приколочены к осям и поворачивались одновременно, а внешние колеса, как известно, при повороте проходят более длинный путь, чем внутренние.
Время материализовало эту потребность во вполне осязаемый механизм (в автомобиле с приводом на одну ось используется только один дифференциал, межколесный, в полноприводном их целых три — два межколесных и межосевой), но тут возникла иная нужда — в блокировке.
Дифференциал автомобиля.
Потому что дифференциал, при всех своих плюсах, обладает и одной неприятной особенностью — он склонен передавать больший крутящий момент на то колесо, крутить которое легче.
То есть пока автомобиль едет по сухой дороге с хорошим сцеплением, дифференциал будет распределять крутящий момент между колесами относительно равномерно, но как только одно колесо наедет на скользкую поверхность, дифференциал мигом перераспределит большую часть момента именно на него, сильно увеличив его угловую скорость, тогда как второе колесо остановится.
Самоблокирующиеся
Так называемые самоблоки позволяют частично устранить пробуксовку при разных коэффициентах сцепления колес автомобиля, повышают проходимость автомобиля и его управляемость при движении по дорогам с разным покрытием, улучшают динамику разгона автомобиля на дорогах с любым покрытием, не требуют дополнительных усилий от водителя (название "самоблокирующийся" говорит само за себя) и взаимозаменяемы со стандартными дифференциалами.
Полной блокировки не наступает, соответственно нагрузки на полуоси не столь критичные, как у 100% блокировки. Разблокируются при сбросе газа при прямолинейном движении, когда выравниваются скорости полуосей.
Имеются и кое-какие недостатки самоблоков: ухудшается управляемость и поворачиваемость (особенно если блокировка включена на переднем мосту), увеличиваются нагрузки на коробку и полуоси.
Limited Slip Differential (LSD) — дифференциал повышенного трения.
Самоблокирующиеся дифференциалы повышенного трения (или ограниченного проскальзывания одной оси относительно другой). Чем выше внутреннее трение в дифференциале, тем выше коэффициент блокировки — то есть тем больше крутящего момента дифференциал может перераспределить в пользу колеса с наилучшим сцеплением.
Обычно используются фрикционные диски или шестерни для снижения взаимного проскальзывания колес. Не блокируют дифференциал на 100%.
Оригинальное название — Limited Slip Differential (LSD).
Фрицкионный (дисковый) LSD — между корпусом дифференциала и полуосевой шестерней установлен подпружиненный пакет фрикционных дисков (фрикционная муфта). При прямолинейном движении автомобиля корпус дифференциала вращается синхронно с обеими полуосями, но как только возникает разница в скоростях вращения корпуса и одной из полуосей, на отстающее колесо подается дополнительный момент благодаря наличию трения в пакете дисков.
Дифференциал повышенного трения.
Другими словами, когда дифференциал пытается передать одной полуоси чрезмерный крутящий момент (колесо попало на лед и сопротивление кручению очень мало), сила трения между дисками препятствует возникновению большой разницы. Разумеется, если величина момента превзойдет силу трения, вращение все равно перераспределится на более легко вращаемую ось.
Недостатком такого самоблока является усиленный износ дисков и необходимость использовать специальное масло для мостов с LSD, иначе диски быстрее засаливаются и блокировка перестает работать.
Наглядное видео, показывающее работу конструкции.
Вискомуфта как ограничитель проскальзывания (Slip Limiter) — принцип действия такой же, как у фрикционной блокировки, разве что из-за громоздкости вискомуфты эта конструкция используется для межосевого дифференциала.
Гидравлическая муфта состоит из двух пакетов дисков с липкими рабочими поверхностями — один прикреплен к ротору, другой — к полуоси. Специальная вязкая жидкость на основе силикона отвердевает при нагреве, что дает дискам способность передавать крутящий момент при большой разнице скоростей вращения входного и выходного вала.
Вискомуфта (вязкостная муфта, viskodrive).
Эффективность блокировки повышается по мере буксования — сопротивление затвердевшей вязкой жидкости сильно возрастает и полуоси блокируются. Конструкция проста и надежна, однако из-за инерционности практически бесполезна в тяжелом бездорожье.
Объясняется это некоторым запаздыванием изменения передачи крутящего момента, чего в условиях бездорожья достаточно, чтобы застрять по ступицы. Поэтому в некоторых машинах вискомуфта автоматически блокируется на пониженной передаче. Также муфта быстро перегревается в условиях бездорожья и выходит из строя.
Героторный (гидророторный) самоблокирующийся дифференциал (Gerodisk или Hydra-lock).
Героторный (гидророторный) самоблокирующийся дифференциал (Gerodisk или Hydra-lock) — конструктивно и принципиально похож на фрикционный самоблок, только между полуосевой шестерней и корпусом дифференциала имеется, помимо фрикциона, масляный насос с поршнем.
Когда возникает разница угловых скоростей полуоси и корпуса, поршень нагнетает масло и сдавливает фрикцион, который, в свою очередь, блокирует шестерню полуоси с чашкой дифференциала, перераспределяя крутящий момент на отстающую полуось за счет возникшей силы трения.
Gerodisk от фирмы Eaton:
Шестеренчатые самоблокирующиеся
Шестеренчатые самоблокирующиеся дифференциалы основаны на свойстве червячной пары расклиниваться и блокировать полуоси при определенном соотношении крутящих моментов.
Блокируются от разности крутящего момента (при падении момента на одной из осей — torque sensitive).
Червячная пара.
Самые известные:
Тип Torsen — работает как свободный дифференциал, когда на каждое колесо поступает одинаковый крутящий момент. Как только одно из колес теряет тягу, разница в крутящем моменте колес вынуждает зацепляться шестерни Торсена.
Форма шестерен в этом дифференциале определяет коэффициент передачи крутящего момента. Например, если конкретный дифференциал Torsen сконструирован с передаточным числом 5:1, то он способен увеличивать вплоть до 5 раз крутящий момент на колесо с хорошей тягой.
Тип Quaife — в данном случае оси сателлитов параллельны полуосям автомобиля. Сателлиты расположены в специальных нишах чашки дифференциала. При этом парные сателлиты имеют не прямозубое зацепление, а образуют еще одну червячную пару, которая, расклиниваясь, так же участвует в процессе блокировки.
Torsen.
Quaife.
Eaton TrueTrac.
Аналогичную конструкцию имеет Eaton TrueTrac Differential.
Кулачковые самоблокирующиеся
Кулачковый самоблокирующийся дифференциал, срабатывает от разности угловых скоростей вращения полуосей (speed sensitive).
Принцип работы этих блокировок достаточно прост. Вместо классического шестеренчатого планетарного механизма используются кулачковые или зубчатые пары, которые при небольшой разнице в угловых скоростях полуосей имеют возможность взаимно проворачиваться (перескакивать), а при пробуксовке резко заклиниваются и полностью блокируют полуоси друг с другом.
Кулачковый самоблокирующийся дифференциал Detroit Locker.
Нетрудно себе представить, что происходит с автомобилем при срабатывании такой блокировки в повороте. Поэтому такая блокировка раньше в основном применялась применяется только в военной и специальной технике, где нужно большое тяговое усилие и долговечность в ущерб управляемости и комфорту.
Самая известная блокировка такого типа это Detroit Locker.
Кулачковый самоблокирующийся дифференциал Spartan Locker.
Некоторые версии Detroit Locker, а также блокировки No-Spin, Lock Right, Lokka, Spartan и Ez-locker — по сути, не блокировки, а "разблокировки", так как в нормальном состоянии оси заблокированы, и разблокируются только при разных линейных скоростях колес одной оси по принципу обгонной муфты, например во время поворота автомобиля.
Для этих блокировок характерны шумы и щелчки в редукторе, вызванные перескакивание механизма разблокировки дифференциала.
В современных мостах больше всего распространен Detroit SoftLocker со специальным демпфирующим устройством на каждой полуоси, которое частично поглощает часть щелчков и шумов, характерных для этой блокировки.
Жесткие
Дифференциалы, блокируемые принудительно (полная 100% блокировка).
При таком типе блокировки дифференциал перестаёт распределять момент и превращается в простую муфту, жестко блокирующую полуоси и синхронно вращающую колеса. Для того, чтобы полностью заблокировать дифференциал, достаточно либо заблокировать вращение сателлитов, либо жестко соединить между собой чашку дифференциала с одной из полуосей.
Применяются принудительные блокировки как для межколесных, так и для межосевых дифференциалов.
Жесткий дифференциал.
Практически все ведущие мировые производители включают принудительные блокировки (иногда опционно) в штатную комплектацию ряда моделей своих автомобилей, как правило, внедорожников, причем Mitsubishi преимущественно использует пневматические привода, Nissan — вакуумные, Toyota — электрические, а Mercedes — гидравлические.
Неумелое использование жестких блокировок легко может повредить трансмиссию. Поэтому есть ряд ограничений:
— Включать жесткие блокировки можно только при полностью остановленном автомобиле.
— Пользоваться ими надо осторожно, так как усилия мотора вполне достаточно чтобы сорвать сам механизм блокировки или поломать полуось.
— Включенная блокировка (особенно на переднем мосту) отрицательно сказывается на управляемости.
— Не использовать на твердом покрытии.
— Придерживаться скоростных ограничений, рекомендованных производителем.
При установке на лифтованные машины колес увеличенного размера в определенных условиях могут рваться полуоси, ШРУСы или ГП.
ARB Air Locker. В комплект этой принудительной пневматической блокировки входят сам дифференциал с механизмом блокирования, пневмомагистрали и воздушный компрессор, необходимый для создания рабочего давления (не менее 2-х атмосфер), которое и приводит в действие блокировку ARB.
Принудительная пневмоблокировка ARB Locker.
В выключенном режиме она работает как классический дифференциал и не оказывает неблагоприятного воздействия на шины, трансмиссию и рулевое управление при движении на шоссе.
ARB не самая простая по конструкции система, она требует сложного монтажа. Она включает в себя много компонентов, что снижает надежность. При некачественной установке и недостаточной защите в условиях бездорожья часто повреждается проводка, выходят из строя электромагнитные клапана и сама пневмомагистраль.
Китайская ARB. Находчивые китайцы, недолго думая, начали выпускать свою копию пневмоблокировки ARB, цена на которую почти в два раза ниже, чем оригинальная. Новинка получила уже кое-какое признание на форумах любителей внедорожников различных марок.
Спрут. Не отстали от китайцев и российские умельцы на Ульяновском автозаводе, выпустив принудительную блокировку по аналогии с ARB Locker.
Blocksport. Под этой маркой выпускается несколько версий принудительных блокировок, которые могут устанавливаться на все мосты автомобилей УАЗ — Барс, Спайсер, гражданский и редукторный. Производитель заявляет возможность использования блокировок с колесами размером до 50", массой до 85 кг., при линейной скорости автомобиля 15-20 км/час, при пониженных передачах и максимальных оборотах двигателя до 5500 об/мин.
Блокировка Blocksport на автомобили УАЗ.
Блокировки Blocksport ориентированы на тяжелое бездорожье и спорт, жесткие требования предъявляются к технологиям и качеству производства на всех этапах. Разработаны и производятся как дорогие блокировки, так и более бюджетная линейка для туризма и легкого бездорожья.
Эти блокировки механические, включаются тросиком. Могут дополнительно укомплектовываться электроприводом.
TJM Pro Locker — очень прочная и надежная конструкция, запатентованная и используемая на внедорожниках уже много лет (дифференциал блокируется четырьмя штырями, которые не дают вращаться кресту сателитов). Более крупные шестерни и усиленные крепежи.
Пневматическая принудительная блокировка TJM Pro Locker.
Уникальнная конструкция пневматического поршня исключает возможность попадания масла в пневмомагистраль, что выгодно отличает ее от ARB (основные недостатки этой блокировки — это довольно высокая стоимость и очень незначительная, чтобы не сказать отрицательная, распространенность).
Eaton E-Locker (электрическая блокировка). Блокировка осуществляется электромагнитом, который активирует запорный механизм. До сих пор производилась для ограниченного числа моделей автомобилей, в основном американских.
Электрическая блокировка Eaton E-Locker.
Но недавно ГАЗ начал штатно ставить эту блокировку на автомобили Газель и Соболь.
В заключение: при существующем изобилии различных блокировок ограничивающими факторами будут лишь фантазия и бюджет автолюбителя. Главное четко понимать, для чего готовится автомобиль, и не забывать, что даже самые дорогие блокировки — это лишь один из сотни компонентов в сложном коктейле под названием «Внедорожник».
Фото фирм-производителей
ФОТО
Ссылки на коммерческие ресурсы запрещены правилами форума, это расценивается как реклама.
