Всегда маялся загадкой, как работает этот странный механизм, и как может быть, что при вывешенных колесах и незаведенном двигателе, если крутишь одно колесо, второе крутится в обратную сторону....

Отличная иллюстрация. 
В дополнение - отличный тест на ту же тему, плюс особенности работы коробки Super Select.



(Как мне удалось выяснить с помощью Гугля, автор - пользователь Mar с форума http://www.pickupclub.ru/forum/archive/index.php/t-7165.html.
Собрал все в одно - пользователь Юнкер вот тут: http://www.offroadmaster.com/topic/13126-super-select/)


"Я вижу, что пришло время подбросить немного сухих дровишек в костер знаний и направить тему в другую, более мирную сторону. Предлагаю для начала «разъяснить» принципы работы заднего самоблокирующегося дифференциала, дабы определить, чем он нам может помочь в трудную минуту и в чем его отличие от принудительно блокируемого дифа. Для этого нам придется сообща решить небольшую задачу.
Задача.
«По ровной прямой сельской дороге на заднем приводе движется L-200. В машине находятся две блондинки (только они могут создать ситуации, описанные в задаче). Левая колея дороги покрыта льдом, а правая укатанным снегом. Дорога пошла на подъем и машина стала замедлять движение. Блондинка-водитель посильнее нажала на педаль, обороты мотора выросли, но скорость не увеличилась, а напротив стала уменьшаться, пока машина не встала, несмотря на «ревущий» мотор. Блондинка-водитель открыла дверь, посмотрела назад и увидела, что колесо буксует на месте. По ее просьбе блондинка-пассажир открыла дверь и посмотрела на заднее правое колесо – оно стояло на месте. Блондинки недоумевающее переглянулись между собой, не понимая, в чем дело, но тут нога блондинки-водительницы соскользнула с педали «газа», обороты упали до холостых и машина неожиданно медленно поехала вперед».
Вопросы.
1. Почему машина стала замедлять движение несмотря на то, что обороты мотора были увеличены?
2. На какое колесо передавался больший крутящий момент во время замедления движения?
3. На какое колесо подавался больший крутящий момент во время «буксования» левого колеса?
4. Почему с падением оборотов до холостых машина начала движение?
Дополнение к условиям задачи: дифференциалы у машины не заблокированы.




Итак: «Дифференциалом называется механизм трансмиссии, распределяющий крутящий момент двигателя между ведущими колесами и ведущими мостами…
…Симметричный дифференциал распределяет поровну крутящий момент…"
Как известно, конструкция трансмиссии первых автомобилей была крайне примитивна. На ось посредине «насаживался» круглый диск, на поверхности которого были зубья. По краям оси крепились колеса. Диск приводился в движения другим диском с зубьями (ведущим), который приводился в движение коленвалом мотора (через карданный вал). Таким образом ведущие колеса автомобиля были жестко связаны между собой и всегда имели одинаковую скорость вращения. На первых порах такая конструкция всех устраивала. Но с ростом скорости движения стали возникать проблемы с управляемостью, повышенным износом шин и элементов трансмиссии. Как известно, при поворотах, а также движении по пересеченной местности путь, проходимый левым и правым колесом за единицу времени разный. Но поскольку скорость их вращения была всегда одинакова, то периодически одно колесо (которое проходило больший путь) «подтаскивало» за собой другое, заставляя его пробуксовывать. Тут кому-то пришла в голову простая мысль «разрезать» ось пополам, чтобы колеса смогли вращаться с разной скоростью независимо друг от друга. Но при этом надо было их еще как-то крутить. Так родился первый дифференциал.
Наша главная беда, граждане – недостаток знаний (ну вот, заговорил как учитель, стыдно). И чтобы их восполнить, мы зачастую прибегаем к общедоступным источникам, например, на досуге почитываем глянцевые автомобильные журнальчики. А в них разные необразованные гламурные журналисты выдают в качестве истины всякие спорные выводы, например о том, что больший крутящий момент подается на колесо, имеющее худшее сцепление с поверхностью. Мы этому верим и в результате даем неправильное объяснение тем или иным причинам поведения автомобиля вне дороги. В топку журналистов!

В.К. Вахламов «Автомобили. Конструкция и элементы расчета». Издательский центр «Академия», 2006 г. (цена 411 руб. между прочим).
«Ведущие колеса преобразуют крутящий момент, подводимый от двигателя через трансмиссию, в тяговую силу, а свое вращение – в поступательное движение автомобиля…»
«Дифференциалом называется механизм трансмиссии, распределяющий крутящий момент двигателя между ведущими колесами и ведущими мостами…»
«…Симметричный дифференциал распределяет поровну крутящий момент…
…При повороте автомобиля внутреннее по отношению к центру поворота колесо, встречает большее сопротивление движению, чем наружное колесо вращается медленнее, и вместе с ним замедляет свое вращение полуосевая шестерня внутреннего колеса. При этом сателлиты начинают вращаться вокруг своих осей и ускоряют вращение полуосевой шестерни наружного колеса. В результате ведущие колеса вращаются с разными скоростями, что и необходимо при движении в повороте.
При движении автомобиля по неровной дороге ведущие колеса также встречают разные сопротивления и проходят разные пути. В соответствии с этим дифференциал обеспечивает им разную скорость вращения и качение без проскальзывания и буксования.
Одновременно с изменением скоростей вращения происходит изменение крутящего момента на ведущих колесах. При этом крутящий момент уменьшается на колесе, вращающимся с большей скоростью (т.е. имеющем худшее сцепление, моя вставка). Так как симметричный дифференциал распределяет крутящий момент на ведущих колесах поровну, то в этом случае на колесе с меньшей скоростью вращения (имеющем лучшее сцепление, моя вставка) момент тоже уменьшается и становится равным моменту на колесе с большей скоростью вращения». 

Обратите внимание, ключевое слово «уменьшается», диф уменьшает крутящий момент, (выравнивает его путем «уменьшения» а не увеличивает. Честно скажу, это было для меня откровением. Я тоже раньше под влиянием журнальчиков полагал, что если колесо забуксовало, то в него ушел весь подаваемый крутящий момент. А он просто стал меньше.
Как выглядит симметричный дифференциал? На полуосях, идущих к колесам расположены коинческие шестерни. Эти конические шестерни левой и правой полуосей связаны между собой другими коническими шестернями, как правило меньшего диаметра. Эти шестерни, связывающие полуоси - называются сателиты. Сами сателиты могут вращаются вокруг своей оси в корпусе главной передачи. Когда машина едет прямо, сателиты на вращаются вокруг своей оси, но тем не менее через них передается вращение главной передачи на полуоси, потому что сателиты вращаются с корпусом главной передачи. Когда машина поворачивает, левое и правое колеса катятся по разным радиусам, что вызывает необходимость вращения их с разной скоростью. Тут то и начинают сателиты вращаться еще и вокруг своей оси. И в первом и во втором случае, на полуоси передается крутящий момент на конические шестерни полуосей через зубья сателитов. В точке контакта с коническими шестернями полуосей, зубья сателита образуют равноплечный рычаг. Именно поэтому у дифференциала ВСЕГДА заданная пропорция распределения крутящего момента. Для симметричного дифференциала как раз 50x50
image003.jpg далее здесь image005.jpg
Решение задачи (объясняю простым языком, извиняюсь, я не физик).
Пока автомобиль двигался по горизонтальной поверхности, колеса преобразовывали крутящий момент, подводимый от двигателя через трансмиссию, в тяговую силу, а свое вращение – в поступательное движение автомобиля. Но условия изменились, начался легкий подъем. Следовательно, для движения с той же скоростью стало необходимо увеличить момент на колесах, что и было сделано путем увеличения оборотов коленвала (если вы обращали внимание, при подъеме обороты падают и скорость уменьшается). Но поверхность была скользкая, и если до этого величина момента, подаваемого на колеса, была недостаточна, чтобы «сорвать» колесо в букс, то увеличив момент на колесах мы «нарушили баланс», одно из колес начало проскальзывать, скорость его вращения превысила скорость вращения другого, в дело вмешался диф и уменьшил момент на правом колесе. В результате общая тяговая сила колес упала и стала не достаточной для того, чтобы обеспечить поступательное движение автомобиля. Что в итоге и вызвало его замедление вплоть до остановки. При буксовании левого колеса величина подаваемого на него момента была равна величине подаваемого момента на правое.
Но когда нога блондинки соскользнула с педали «газа», обороты резко упали до холостых, величина крутящего момента сильно упала и в какой-то миг стала недостаточной для того, чтобы сорвать колесо в букс. Левое колесо в результате на секунду «зацепилось» за грунт (лед не глина, в нем за секунду яму не выроешь) и в результате суммарная тяговая сила колес возросла до величины, достаточной для того, чтобы пикап поехал вперед. Теперь поумневшей блондинке было достаточно плавно придавливать педальку, не допуская срыва колеса в букс, чтобы машинка опять начала набирать скорость. Этот пример – классический образец изменения поведения машины в различных условиях движения и объяснение причин, вызывающих эти изменения. Подобный эффект мы наблюдаем при езде «внатяг», когда на 1-й пер. колеса начинают буксовать и мы быстро включаем 2-ю (или на скользкой поверхности трогаемся сразу со 2-й). Этим приемом мы резко понижаем величину крутящего момента, подаваемого на колеса, не меняя (сильно) при этом величину оборотов коленвала. Я уверен, большинство участников форума, кто периодически съезжает с твердой дороги, попадали в такие ситуации и пользовались этой особенностью для преодоления сложных участков местности со слабыми грунтами.
Продолженеи лекции на тему: дифференциалы и их особенности.
Итак, все уяснили себе, что планетарные дифы всегда делят момент поровну между колесами и в этой конструкции полуоси не связаны жестко между собой. Теперь представьте себе две полуоси, к каждой из которых прикреплено колесо. Возьмем их свободные концы и плотно прижмем друг к другу, вставив в месте прижима банальную хоккейную шайбу. Закрепим теперь все это хозяйство так, чтобы оси могли вращаться, а прижим не ослабевал. Теперь покрутим левое колесо, наблюдая за правым. Они стали крутится в одном направлении с одинаковой скоростью. Но жесткой связи между ними все равно нет. Попросите своего товарища крепко схватить правое колесо, не давая ему вращаться, а сами в это время попробуйте покрутить левое. Чувствуете, какое усилие теперь нужно приложить на колесо, заставив одну полуось провернуться относительно другой. Так вот, величина этого усилия, измеренная в ньютоно-метрах и будет тем самым дополнительным крутящим моментом, который самоблокирующийся диф может перераспределить на колесо, имеющее лучшее сцепление с поверхностью. Вставив между осями шайбу мы получили примитивный самоблокирующийся дифф (такие дифы принято называть "повышенного трения" типа ЛСД. В таких дифах одно колесо как бы "подтаскивает" за собой другое, увеличивая тем самым величину крутящего момента, реализуемого ведущей осью.
ДИФФЕРЕНЦИАЛЫ ПОВЫШЕННОГО ТРЕНИЯ (LSD)
"Разделяются на два основных типа - с постоянными характеристиками и с прогрессивной характеристикой. Первые устанавливались, к примеру, в старые Grand Cherokee - простой набор фрикционов, поджатый пружинками, задавал определенное усилие проворачивания одного колеса оси относительно другого. На современных автомобилях марки Jeep устанавливается система Vari-Lock, где роль пружины отведена героторному насосу, приводимому в действие шестерней полуоси, - как только появляется разница во вращении колес одного моста, героторный насос начинает перегонять масло из одного стакана в другой, тот давит на фрикционы и блокирует дифференциал, причем тем сильнее, чем быстрее происходит вращение буксующего колеса. Еще в современном автоспорте получили широкое распространение дифференциалы с косозубыми шестернями сателлитов - при проворачивании возникает сила, прижимающая их к корпусу дифференциала. Угол нарезки зубов на сателлитах задает характеристики блокирования. 
Конечно, наиболее часто встречающийся тип дифференциала повышенного трения - это "дисковый". Такая блокировка применялась и до сих пор стоит на "вооружении" большинства мировых производителей внедорожников. Она обладает большой мягкостью срабатывания и практически не наносит вреда трансмиссии. Однако следует помнить, что устанавливаемые на серийные машины LSD имеют очень небольшой коэффициент блокирования (около 30%), а вследствие этого и недостаточно эффективны в тяжелых условиях. Такие блокировки не срабатывают, например, при вывешивании одного из колес, когда, в общем-то, помощь локера и требуется в первую очередь. Существуют пакеты фрикционных дисков, обеспечивающие больший коэффициент блокирования, но он все равно далеко не стопроцентен. Кроме того, с его увеличением, естественно, возрастают и нагрузки на трансмиссию при езде по твердому покрытию. Еще одним минусом LSD является их ограниченный ресурс. Фрикционные диски имеют тенденцию стираться, причем чем чаще буксуют колеса, тем сильнее изнашиваются диски. Если такой дифференциал установлен в заднем мосту автомобиля, не предназначенного для постоянного движения с полным приводом (только Part time в раздатке), то зимой в условиях города, где использование полного привода не оправдано, ему приходится работать очень много, так как задняя ось будет достаточно часто пробуксовывать. В целом ресурс LSD в зависимости от условий эксплуатации составляет от 50 до 150 тыс. км. Однако он не отказывает сразу, а "умирает" постепенно, все больше снижая коэффициент блокировки. Также нужно помнить, что дифференциалы повышенного трения требуют использования специальных присадок к маслу, залитому в такой дифференциал. Тип присадки фирма-изготовитель указывает в инструкции по эксплуатации". 
Таким образом мы видим, что от заднего дифа маздо-фордов мало толка в условиях реального бездорожья, особенно при диагональном вывешивании, когда, например, переднее левое и заднее правое колеса одновременно теряют сцепление с грунтом.
Итак, переходим к дифу повышенного трения типа «Торсен». Не стану тут подробно описывать принцип его действия (информации по нему масса), скажу только, что в отличие от ЛСД, диф Торсен имеет больший коэффициент блокировки, следовательно, может распределить на колесо, имеющее лучший коэффициент сцепления с грунтом, большую часть крутящего момента по сравнению с ЛСД. «А наскока большую?», - спросите вы. Не хочу вводить вас в заблуждение, называя различные цифры, приводимые в различных глянцевых журналах. Во-первых, эти цифры разные. Во-вторых, «Торсен» это только тип диффа, он бывает разным по устройству и у разных его моделей может быть разная степень блокировки. Кажется, что чем коэффициент блокировки «Торсена» больше и приближается к единице (под 1 принято принимать 100%, жесткую блокировку), тем лучше для повышения внедорожных свойств ведущего моста. Так то оно так, но есть один маленький нюанс. Когда коэффициент блокировки слишком высокий, то в крутом повороте или на неровной дороге, когда одно колесо проходит больший путь, чем другое, диф начинает «подкусывать» одно колесо, заставляя его проворачиваться на месте. Это приводит к повышенному износу резины, ухудшению управляемости и создает излишние ненужные нагрузки на элементы трансмиссии. А отключить то мы его принудительно не можем! Но хочется отметить: Торсен в зависимости от ЛСД имеет большую конструктивную прочность, поскольку там нет фрикционных дисков, только одни «железяки». И еще, по рассказам очевидцев, диф типа Торсен легко выводит машину из диагонального вывешивания и вообще, заметно повышает проходимость.
Но среди «правильных» джиперов прочно утвердилось мнение, что никакой самоблок не заменит жесткую принудительную блокировку.
Чтобы меня не обвиняли в занудстве, привожу фрагмент статьи из журнала 4х4 август 2001 г.
«Но тут вас подстерегает другая опасность: освободив задний свес автомобиля от «земляного плена» и развернув его под углом, можно искусственно создать ситуацию «диагонали». То есть когда из-за ограниченного хода передней и задней подвесок, в воздухе окажутся диагонально расположенные переднее и заднее колеса. Конечно, при наличии хотя бы одной межколесной блокировки ваш любимец вырвется из этого плена без каких-либо проблем, но если данной опции нет – не горюйте, попросите друга встать на край бампера и покачать автомобиль Частенько это поможет… Не помогло… Используйте все методы, которые мы с вами уже рассматривали. Цель одна – ввести в контакт с грунтом хотя бы одно из вывешенных колес. Когда же все известные способы испробованы… попробуйте простой, надежный и совершенно эксклюзивный способ: на одно из вывешенных колес (желательно неуправляемое) прямо поверх протектора накидывается прочная капроновая удавка, свободный конец которой фиксируется за раму или буксирную проушину. В результате вывешенное колесо фактически оказывается привязанным… А работает как кратковременная межколесная блокировка».
Только при этом надо быть внимательным – веревка может соскочить и вырвать тормозные шланги.
Хочу прокомментировать статью о веревке, вытащенную мной из глянцевого журнала.
На первый взгляд вроде как неплохой совет. Ведь набросив веревочную петлю поверх висящего в воздухе заднего колеса мы тем самым искусственно увеличили его коэффициент сцепления с поверхностью. В качестве поверхности у нас выступила веревка. Мы обманули диф, смоделировали диф повышенного трения. Теперь на стоящее на земле колесо он подает такой же крутящий момент, какой необходим для преодоления трения, созданного веревкой. Колесо зацепилось за грунт и вывело машину из диагонали.
А теперь представим как это будет в жизни. Вы поймали диагональ где-нибудь в овраге или у берега реки, пытаясь выехать наверх. Колесо намотало глины, веревка соскальзывает с него, не хочет держаться, короче гимор. И тут вам в голову приходит более рациональная идея: а возьму я да и продену веревку сквозь диск, накрепко привязав колесо к буксирной проушине. Веревка больше не соскользнет, а обманутый диф теперь весь крутящий момент направит на колесо, стоящее на грунте. То есть получится своеобразная «жесткая» блокировка, теперь заднее колесо будет все время крутиться и толкать машину в перед. Гениально, правда?
Нет, не правда. В этом случае на колесо будет направлен весь крутящий момент, приложенной к задней оси, те самые 4000 н.м. Хорошо, если поверхность скользкая, поскольку в этом случае колесо не сможет реализовать весь крутящий момент в поступательное движение машины. Но вдруг колесо «докопалось» до камня и резко за него «зацепилось». В этот миг на полуось резко «наваливается» изгибающая сила равная 4000 н.м. (момент может быть и больше), полуось может не выдержать такой нагрузки и лопнуть. 
Не шутите шутки с крутящим моментом!

«Жесткая» блокировка дифференциала.

«Для устранения этого недостатка применяют принудительную блокировку (выключение) дифференциала, жестко соединяя одну из полуосей с корпусом дифференциала».
В.К. Вахламов «Автомобили. Конструкция и элементы расчета». Стр. 185

Итак, пришло время разъяснить, какие процессы происходят на ведущей оси машины при «заблокированном» дифе. Для начала я хочу разбить в пух и прах некую легенду, навеянную безграмотными глянцевыми автожурналистами.
Легенда: при 100% блокировке межколесный дифференциал поровну распределяет крутящий момент между ведущими колесами.
Это неверное и абсолютно безграмотное утверждение.
1. При принудительной блокировке мы ВЫКЛЮЧАЕМ диф, то есть лишаем его возможности распределять момент между полуосями. Диф теперь не работает, полуоси «жестко» связаны между собой в единую ось. Так какая же неведомая сила может в этом случае распределить момент между ними и как?
2. Поскольку теперь полуоси соединены, то колеса всегда крутятся с одинаковой скоростью в одном направлении. Мы получили единое вращающееся тело, колесную пару вагона. А раз тело единое, следовательно, величина передаваемого на него момента будет постоянно одинакова в любой точке. 
Но нас для борьбы с бездорожьем больше интересует другой вопрос: а какую часть от величины подаваемого на ось главной передачей момента сможет реализовать одно колесо? Ответ: когда машина едет по идеальной ровной прямой дороге, левое и правое колеса реализуют в поступательное движение равный крутящий момент, 50% от момента, подаваемого на ось. Но в определенных условиях, например, когда правое колесо оказалось в воздухе, а левое на асфальте, то левое колесо может реализовать все 100% крутящего момента, поданного главной передачей на заднюю ось. 
Немного неожиданно, не правда ли?
«Ура, ура, мы победили!», - слышу я радостные голоса с мест: «Бежим скорей в магазин, купим принудительные «жесткие» блокировки (у кого их еще нет) и немедленно воткнем их между колесами и осями. В результате мы получим идеальный вездеход!». Не все так просто, синьеры. Жесткая блокировка тоже имеет свои недостатки.
Чтобы вам было это легче понять, я расскажу вам одну страшную историю.

«Полуось – предохранитель поломок. В эксплуатации при чрезмерно больших динамических нагрузках могут возникнут случаи, когда неизбежна поломка деталей механизма ведущего моста. Полуось как легко и просто заменяемая деталь должна быть наиболее слабым звеном в системе механизмов привода к ведущим колесам автомобиля. Следовательно, полуось при возникновении неизбежной поломки деталей механизмов ведущего моста должна выполнять функции предохранителя и первой выходить из строя». В.К. Вахламов «Автомобили. Конструкция и элементы расчета».

Продолжение...



URL записи