Дифференциалы полноприводных автомобилей. Торсен дифференциал


Дифференциал типа Torsen

Дифференциал типа Torsen - разновидность самоблокирующегося дифференциала, работающего на основе изменяющегося трения механических частей, приводящего к перераспределению крутящего момента между колесами.

Трансмиссия

Назначение дифференциала типа Torsen

Дифференциал – устройство, передающее усилие от единственного источника (коробки передач) к двум приводам колес, и при этом обеспечивающее независимость (дифференцирование) вращения этих приводов. В результате колеса одного моста могут вращаться с разными угловыми скоростями при прохождении поворотов, когда внутреннее колесо проходит более короткий путь, чем внешнее. Простейший дифференциал распределяет мощность между колесами равномерно. Соответственно, при пробуксовке одного колеса усилие на втором равно нулю. Более совершенные устройства, подавляющее большинство которых относится к классу самоблокирующихся дифференциалов или дифференциалов повышенного трения  оснащены механизмами, обеспечивающими блокировку «вывешенной» полуоси и перераспределение усилия таким образом, чтобы максимум мощности передавалось на колесо, сохраняющее сцепление с дорогой. 

Дифференциал типа Torsen считается оптимальным решением для полноприводных автомобилей, эксплуатируемых в жестких условиях. Торсен – не фамилия изобретателя, а аббревиатура от «Torque Sensing», то есть «чувствительность к крутящему моменту».

История создания дифференциала типа Torsen

Принципиальная схема дифференциала этого типа Torsen изобретена в 1958 г. американским инженером Верноном Глизманом. Патентом на производство самоблокирующегося механического дифференциала этого типа владеет фирма Torsen, чье имя стало названием типа самоблокирующегося дифференциала.

Устройство и принцип работы дифференциала типа Torsen

Если в классическом дифференциале все приводы конические, то в «торсенах» присутствуют червячные шестерни. За счет механического свойства червячной передачи «расклиниваться» при определенном соотношении крутящих моментов проскальзывающее колесо блокируется, и без применения снижающей общую надежность электроники происходит «перебрасывание» до 83% мощности на рабочее колесо. Таким образом, в отличие от классической конструкции, «Торсен» не уравнивает крутящий момент на колесах, а направляет его на «загруженную» полуось. 

Деление на на три основных типа дифференциалов типа Torsen

В первом (T-1) червячными парами являются шестерни ведущих полуосей и сателлиты. Каждая полуось имеет собственные сателлиты, которые парно связанны с сателлитами противоположной полуоси обычным прямозубым зацеплением. Ось сателлита перпендикулярна полуоси. При повороте полуосевая шестерня, связанная с отстающим колесом, поворачивает входящий с ней в зацепление сателлит, он, в свою очередь, вращает второй сателлит и другую полуосевую шестерню. Такая последовательность дает возможность колесам автомобиля вращаться с разной скоростью. Но при пробуксовке, когда дифференциал пытается отдать большую часть мощности на одну из полуосей, червячную пару этой полуоси начинает расклинивать, и силы трения, возникающие в червячном зацеплении от разности моментов на колесах, осуществляют блокировку дифференциала. Torsen  типа 1 - самая мощная из конструкций в классе, поскольку работает в самом широком диапазоне отношений крутящего момента — от 2.5/1 до 5.0/1.

В дифференциале Torsen T-2 оси сателлитов параллельны полуосям. Сателлиты расположены в специальных карманах чашки дифференциала. Парные сателлиты имеют косозубое зацепление, которое, расклиниваясь, тоже участвует в процессе блокировки.

Torsen тип 3 – единственный в серии, имеющий планетарную конструкцию. Используется главным образом как межосевой дифференциал в автомобилях с полным приводом. Оси сателлитов и ведущей шестерни также параллельны, из-за чего весь узел достаточно компактен. Конструкция Т-3 позволяет изначально перераспределить нагрузку между мостами – обычно 40/60. Срабатывание частичной блокировки происходит при отклонении от этой пропорции на 20-30%.

Плюсы и минусы дифференциала типа Torsen

Среди основных недостатков дифференциалов повышенного трения, к которым относится  Torsen,  следует назвать сравнительно низкий КПД и повышенный расход топлива из-за больших потерь на трение, а также высокий износ нагруженных деталей и предрасположенность к заклиниванию. Кроме того, значительное тепловыделение дифференциалов этого типа требует специальных мер по его охлаждению и особых смазочных материалов. К достоинствам «торсенов» стоит отнести плавность и высокую точность работы, а также сравнительно низкий уровень шума. И, конечно же, то, что борьба с дорожными неурядицами не требует от водителя каких-либо особых телодвижений – распределение мощности двигателя между колесами происходит автоматически.

Дифференциалы Torsen, как правило, при правильной эксплуатации не нуждаются в обслуживании. Для их надежной работы достаточно регулярно менять трансмиссионное масло и контролировать его уровень. При появлении признаков износа (чаще всего это характерный шум редуктора) лучше заменить узел целиком, так как «любительская» замена отдельных деталей может спровоцировать выход из строя всей трансмиссии. Также необходимо помнить, что к быстрому износу дифференциала с червячной парой может привести езда при разных характеристиках колес на одной оси - к примеру, использование «нештатного» запасного колеса.

blamper.ru

Дифференциал Torsen | Полноприводная трансмиссия

Дифференциал Torsen ⭐ (TORque SENsing — чувствующий крутящий момент) представляет собой механический самоблокирующийся дифференциал, в котором используется сложный набор червячных шестерен.

На полый приводной вал 2 корпуса дифференциала передается крутящий момент от коленчатого вала через элементы трансмиссии. На общей оси сателлитов расположены прямозубые шестерни 5 и червячные сателлиты 6.Межосевой дифференциал Torsen

Рис. Межосевой дифференциал Torsen:1 – корпус дифференциала; 2 – полый приводной вал корпуса дифференциала; 3 – вал привода передней оси; 4 – вал привода задней оси; 5 – прямозубые шестерни; 6 – червячные сателлиты;  7 – червячная шестерня привода передней оси; 8 – червячная шестерня привода задней оси

Набор шестерен внутри дифференциала состоит из ведомых червячных шестерен привода передней  оси 7, задней 8 и ведущих (сателлитов) червячных шестерен 6. Основной особенностью такой конструкции является то, что червячные шестерни могут приводить во вращение другие шестерни, но са­ми не могут приводиться во вращение. Такая особенность приводит к появлению некоторой степени блокирования дифференциала.

При вращении приводного вала вращается и корпус дифференциала, толкая оси сателлитов. При движении по асфальту дифференциал Torsen распределяет крутящий момент между осями поровну. При низких значениях входного крутящего момента, передаваемого от коленчатого вала (движение по асфальту), шестерни дифференциала вращаются свободно и его действие напоминает работу обычного симметричного дифференциала. Когда входной крутящий момент увеличи­вается (колеса одной оси начинают проскальзывать), набор червячных шестерен нагружается и в определенный момент два выходных вала привода передней и задней оси блокируются. Но стоит только колесам одной оси начать проскальзывать, крутящий момент перебрасывается на ту ось, колеса которой имеют лучшее сцепление с покрытием.

В зависимости от величины передаточного числа и конструкции дифференциала, крутящий момент может распределяться по осям автомобиля в соотношении от 2,5:1 (60 % : 40 %) до 6:1 (84 % : 16 %) или даже до 7:1 (86 % : 14 %), а также распределяться в любых промежуточных значениях.

Дифференциал Torsen имеет линейную характеристику, перераспределение крутящего момента происходит практически мгновенно и он не оказывает влияния на процесс торможения,  в отличие от вязкостной муфты, где на разогрев силиконового вещества и его застывание требуется некоторое время. Эти свойства механизма обусловили его широкое использование в качестве межко­лесных и межосевых дифференциалов автомобилей. Основным недостатком является сложность его изготовления и сборки и, как следствие, высокая стоимость.

Видео: Принцип работы дифференциала Torsen

ustroistvo-avtomobilya.ru

Полный привод устройство, что такое дифференциал Торсен и принцип его работы

Все про полный привод, его разновидности и принцип работы: часть 1, часть 2, часть 3. На сегодняшний день в автомобильном мире представлено три типа устройства полного привода:

картинки виды полного привода

1. Классическая трансмиссия с полным приводом (обозначается термином full-time), в которой имеется три дифференциала. Это обуславливает наличие у такого автомобиля полного привода на все колеса в любом режиме его движения. Но, как было уже сказано выше, при потере сцепления с дорогой хотя бы одного из колес такой автомобиль будет стоять на месте. То есть в таком автомобиле наличие частичной или полной блокировки дифференциала обязательно. На сегодняшний день самым популярным решением на традиционных внедорожниках является жесткая механическая блокировка межосевого дифференциала. При этом момент распределяется по осям в пропорциях 50 на 50. Благодаря этому автомобиль становится более проходимым, но не способным ездить по дорогам с твердым покрытием со скоростью более 30-40 км/ч (более высокая скорость движения пагубно скажется на дифференциалах и может привести к их поломке). В качестве опции на внедорожных моделях может быть предусмотрена возможность дополнительной блокировки заднего дифференциала.

картинки полный привод

2. Вместе с тем, возникло такое направление, как механически подключаемый полный привод – part-time. В его схеме совсем нет межосевого дифференциала, вместо которого присутствует специальный механизм, подключающий вторую ось. Такой тип трансмиссии используется обычно на пикапах и внедорожниках невысокой ценовой категории. На твердом дорожном покрытии такая машина может ездить только с использованием привода одной оси (в большинстве случаев задней). А чтобы преодолеть участки бездорожья, водителю необходимо вручную подключать полный привод, жестко блокируя между собой переднюю и заднюю оси. В итоге получается, что момент поступает на обе оси сразу. Однако ведь свободные дифференциалы на осях продолжают оставаться, поэтому автомобиль может не поехать в случае вывешивания колес по диагонали. Эта проблема решаема: стоит только заблокировать один из межколесных дифференциалов – обычно в первую очередь задний. Именно поэтому в некоторых моделях есть на задней оси самоблокирующийся дифференциал.

3. Полный привод, подключаемый автоматически. На сегодняшний день это самое популярное и универсальное решение. Обозначается он чаще всего AWD (A-AWD) – automatic all-wheel drive. Конструкция такой системы очень похожа на part-time, где нет межосевого дифференциала, но для того, чтобы подключить вторую ось, предназначена электромагнитная или гидравлическая муфта. Блокируется муфта с помощью электроники, а используется для этого два механизма функционирования – реактивный и превентивный, о которых пойдет речь немного ниже.

Необходимо хорошо понимать, что для получения максимального эффекта от работы полного привода (причем от любого – и full-time, и awd) требуется наличие переменной блокировки дифференциала между осями, зависящей от условий движения. Это осуществляется различными методами и устройствами. К ним относятся самоблокирующийся шестеренчатый дифференциал, вязкостная муфта, управление блокировкой с помощью электроники.

Самым простым из них является использование вязкостной муфты (дифференциал с ней носит название VLSD (viscous limited-slip differential), однако он малоэффективен. Принцип работы этого простейшего устройства в том, что оно передает вращающий момент с помощью вязкой жидкости. Когда начинает отличаться скорость вращения входного и выходного валов муфты, повышается вязкость жидкости внутри нее, причем вплоть до перехода в твердое состояние. Таким нехитрым образом осуществляется блокирование муфты и равномерное распределение момента между осями. У вязкостной муфты есть недостатки. Во-первых, это ее большая инерционность, что исключает возможность ее использования на бездорожье, ограничивая твердым дорожным полотном. А во-вторых, у нее весьма ограничен срок службы – примерно до пробега автомобилем 100 тысяч километров, после чего вязкостная муфта перестает функционировать, а дифференциал освобождается.Все же на сегодняшний день такие муфты иногда применяют – для того, чтобы блокировать задний межколесный дифференциал внедорожников или межосевой дифференциал в автомобилях марки Subaru с МКПП. В недалеком прошлом вязкостную муфту применяли для того, чтобы подключать вторую ось в системы автоматически подключаемого полного привода в автомобилях Toyota, однако из-за низкой эффективности от такой практики потом отказались.

Что такое дифференциал Торсен и принцип его работы

Следующий способ переменной блокировки дифференциала – самоблокирующийся шестеренчатый дифференциал. На сегодня известно такое устройство под названием Torsen. Итак, что такое дифференциал Торсен. Принцип его работы – в свойстве червячной передачи заклинивать, когда на осях возникает определенное соотношение величин крутящих моментов.

картинки полный привод с муфтой Торсен

Такой метод используется на очень многих автомобилях с полным приводом (например, весь модельный ряд полноприводных Ауди), он имеет технически сложное устройство и, соответственно, высокую стоимость. Но вместе с тем, эффективен как на твердых дорогах, так и на бездорожье. Из недостатков стоит отметить то, что когда сопротивление вращению на какой-либо из осей полностью отсутствует, дифференциал разблокирован, поэтому автомобиль не сможет двигаться. Именно в этом и заключается уязвимость автомобилей с дифференциалом Torsen – когда сцепление с дорогой отсутствует на обоих колесах одной оси, с места автомобиль не сдвинется. В связи с этим компания Audi применяет на своих новых моделях дифференциал с коронными шестернями и дополнительными фрикционами.

фотографии типы полного привода

Электронное управление блокировкой дифференциала включает в себя как обычные способы регулировки положения буксующих колес с помощью тормозной системы автомобиля, так и более сложные устройства электронного управления со степенью блокирования дифференциала, зависящей от обстановки на дороге. Их достоинство – именно в наличии электроники, которая самостоятельно мгновенно определяет нуждаемость каждого колеса автомобиля в крутящем моменте и необходимом его количестве. Для этого предназначено множество датчиков – это и датчик вращения, и акселерометр, который фиксирует продольные и поперечные ускорения автомобиля, и датчики педали газа, а также положения руля. В отличие от таких электронных устройств и вязкостная муфта, и самоблокирующийся дифференциал – это полностью механические устройства, не предполагающие вмешательства в их работу электронной системы.Стоит отметить, что система, которая имитирует блокирование дифференциала путем использования штатных автомобильных тормозов, чаще всего не так эффективно действует по сравнению с непосредственной блокировкой дифференциала. Обычно такая имитация используется как альтернатива межколесной блокировке. На сегодняшний день ее применяют даже на машинах, имеющих привод на одну ось.В качестве примера блокировки на электронном управлении можно привести трансмиссию с полным приводом VTD, которая устанавливается на автомобили Subaru с 5-скоростной АКПП. Есть еще такая система, как DCCD, которую используют на модели Subaru Impresa WRX STI и Mitsubishi Lancer Evolition, имеющем активный центральный дифференциал ACD. И эти трансмиссии без преувеличения можно считать самыми совершенными во всем автомобильном мире.

povozcar.ru

Дифференциалы Torsen — Авто-потроха: что у машинок внутри?

Разделы: 4WD, Дифференциал

Torsen — вид механического дифференциала повышенного трения, чувствительного к крутящему моменту (Torque sensitive) и основанный на свойстве гипоидной или винтовой пары «расклиниваться» (саморазблокироваться). Применяется множеством автомобильных фирм, с 1988 года является основой систем постоянного полного привода quattro фирмы Audi.

Отличается быстрым срабатыванием, возможностью переносить большие нагрузки, очень хорош с точки зрения курсовой устойчивости, ускорения и сцепления с поверхностью, однако усиливает недостаточную поворачиваемость автомобиля. Является одним из самых интересных, эффективных, технологичных и практически применяемых «самоблоков» (если быть точным — «саморазблоков»).

Изобретён в 1958 году американцем Верноном Глизманом. Название Torsen произошло от английского «Torque sensitive» («чувствительный к крутящему моменту») и является товарным знаком JTEKT Torsen North America Inc (ранее Zexel Corporation, ранее Gleason Power Systems).

Принцип действия Torsen

Дифференциалы Torsen относятся к типу «чувствительный к моменту дифференциал повышенного трения (Torque sensitive LSD) с гипоидным (червячным или винтовым) и косозубым зацеплением». В связи с опорой на свойство гипоидных или винтовых пар «саморасклиниваться», основные (или все) зацепления в таких дифференциалах винтовые или гипоидные. Существует три типа (поколения) этого дифференциала.

T-1, Type A

Раскрыть...

Гипоидными парами являются шестерни ведущих полуосей и сателлиты. При этом каждая полуось имеет собственные сателлиты, которые парно связаны с сателлитами противоположной полуоси обычным прямозубым зацеплением (при этом ось сателлита перпендикулярна полуоси). При нормальном движении и равенстве передаваемых на полуоси крутящих моментов гипоидные пары «сателлит / ведущая шестерня» либо остановлены, либо проворачиваются, обеспечивая разницу угловых скоростей полуосей в повороте.

Как только одна из полуосей начинает буксовать и крутящий момент на ней падает, гипоидные пары «полуось/сателлит» начинают вращаться и расклиниваться, создавая трение с чашкой дифференциала и друг с другом, что приводит к частичной блокировке дифференциала. За счет момента трения, дифференциал перераспределяет крутящий момент в пользу отстающей полуоси.

Данная конструкция работает в самом большом диапазоне распределения крутящего момента — от 2.5/1 до 5.0/1. Диапазон срабатывания конструктивно регулируется углом наклона зубцов червяка.

Torsen T-1

Torsen T-1

Audi Torsen T-1

[свернуть]

T-2, Type B

Раскрыть...

Данный тип дифференциала изобрел англичанин Rod Quaife. В нём используются косозубые шестерни полуосей и винтовые шестерни сателлитов (оси сателлитов параллельны полуосям). Сателлиты расположены в своеобразных карманах чашки дифференциала, при этом парные сателлиты образуют между собой еще одну винтовую пару, которая, расклиниваясь, также участвует в процессе блокировки. В дифференциале T-2 использована немного другая компоновка этого же устройства. В ней парные сателлиты соединены между собой со внешней стороны солнечных шестерней. По сравнению с первым типом, эти дифференциалы имеют меньший коэффициент блокировки, однако они более чувствительны к падению момента и срабатывают раньше (начиная от 1.4/1).

True Trac

Torsen T-2

Такое устройство, в частности, имеют дифференциалы True Trac и Electrac (последний снабжен принудительной электрической блокировкой) компании Tractech. В России также есть производство аналогичных дифференциалов под отечественные автомобили.

[свернуть]

T-3, Type C

Раскрыть...

Третий тип используется в основном для межосевых дифференциалов. Как и во втором типе, в данном дифференциале используются косозубые шестерни полуосей и винтовые шестерни сателлитов. Оси сателлитов параллельны полуосям. Планетарная структура конструкции позволяет сместить номинальное распределение крутящего момента в пользу одной из осей (например, 4Runner 4-го поколения: 40/60 в пользу задней оси). Соответственно, смещен и весь диапазон работы частичной блокировки: от 53/47 до 29/71. В целом, смещение номинального распределения момента между осями возможно в диапазоне от 65/35 до 35/65. Срабатывание частичной блокировки происходит уже при 20-30% разницы моментов. Подобная структура дифференциала делает его компактным, что, в свою очередь, упрощает конструкцию и улучшает компоновку раздаточной коробки.

Torsen T-3

Torsen T-3

[свернуть]

Применение дифференциалов Torsen

Раскрыть...

Дифференциалы Torsen используются как в качестве межосевых, так и в качестве межколесных, в зависимости от решаемой задачи.

В качестве межосевого дифференциала:

  • Alfa Romeo Q4 в версиях 156 Crosswagon & Sportwagon, 159, Brera & Spider Q4
  • версии Audi quattro с 1987 года: 80 & 90, S2, RS2 Avant, 100 / 200 / 5000, Coupe quattro, A4 & S4, RS4, A5 & S5, A6 & S6, RS6, A8 & S8, A6 allroad quattro, Q5, Q7, V8 MT
  • Chevrolet TrailBlazer SS
  • Lexus GX, LS 600h / LS 600h L, LX
  • Mitsubishi Triton пятого поколения
  • Range Rover L322
  • Saab 9-7X Aero
  • Toyota: 4runner Limited, FJ Cruiser 6MT, Landcruiser 200, Landcruiser 120/150, Sequoia
  • Volkswagen: Passat B5 (торговые марки 4Motion & Syncro), Amarok (не во всех версиях)
  • Nissan Frontier (Nismo/Pro 4x Off Road)

Межосевой и задний дифференциалы:

Передний и задний дифференциалы:

  • Humvee
  • Mitsubishi Pajero Evolution

Только передний дифференциал:

  • Honda/Acura Integra Type R
  • Alfa Romeo: GT, 147 Q2
  • Honda Civic Si (с 2006 года)
  • Honda Civic 1.8 VTi Europe & UK (5D & Aerodeck Wagon, 1996–2000)
  • Ford Focus RS
  • Mitsubishi Pajero
  • Nissan Maxima SE 6MT
  • Nissan Sentra SE-R Spec-V
  • Oldsmobile Calais W41 (7 машин оборудованы на заводе, код опции C41)
  • Oldsmobile Achieva W41 (7 машин оборудованы на заводе, код опции C41)
  • Rover 200 Coupe Turbo, 200 BRM/LE, 220 Turbo, 420 Turbo, 620 Ti, 820 Vitesse (только версия 200PS)
  • Honda Accord Type R
  • Subaru Impreza STI после 2005
  • Ford F-150 SVT Raptor начиная с 2012 модельного года
  • Volvo 850 R только в сочетании с M59 MT
  • Renault Megane RS
  • Peugeot RCZ R
  • Peugeot 208 GTI и 308 GTI (Peugeot Sport)

Только задний дифференциал:

  • Audi V8 AT
  • Audi R8
  • Alfa Romeo: 155 Q4, 164 Q4
  • BMW Z3
  • Citroën BX 4×4 с ABS (так же как и Peugeot 405 4×4)
  • Dodge/Ram Heavy Duty с 2003 года, оснащенный задней осью 11.5 AAM
  • Ford Ranger FX4 (только 2002), Ranger FX4 Level II (2003-2009)
  • Honda S2000
  • Hyundai Genesis Coupe
  • Lancia Delta Integrale
  • Lexus IS, Lexus IS F, Lexus LFA
  • Maserati Biturbo
  • Mazda: Miata/MX-5 (опция на моделях 1994-2005 MT), RX-7, RX-8
  • Nissan Silvia S15 SpecR
  • Nissan Skyline R34 GTT, 25GT-X, 25GT-V MT
  • Peugeot 405 4×4 с ABS (так же как и Citroën BX 4×4)
  • Peugeot 505 turbo sedan (только 1989 модельный год)
  • Subaru Impreza WRX STI (2007–2011)
  • Toyota: Celica GT-Four, Supra, Soarer, Aristo, Mark II, Chaser, Cresta, Verossa, Altezza
  • Pontiac Firebird четвертое поколение (1999-2002)
  • Chevrolet Camaro четвертое поколение (1999-2002)
  • Chevrolet Camaro SS, Pontiac Fire Hawk & Comp T/A четвертое поколение (1996-1997)
  • Subaru Legacy spec.B
  • 2012 Ford Mustang Boss 302, опция (стандарт на Laguna Seca Edition)
  • 2014 Ford Mustang Shelby GT500, опция
  • 2014 Ford Mustang GT в составе GT Track Package
  • 2015-2016 Ford Mustang GT в составе Performance Package
  • Toyota GT86 (также продавалась как Subaru BRZ и Scion FR-S на некоторых рынках)
  • Super Duty F-450/550 с 1999 года (Ford)

Данные дифференциалы не требуют применения специальных присадок к маслу (в отличии от friction-based LSD), однако в них лучше использовать качественное масло для нагруженных гипоидных передач.

[свернуть]

Первоисточники

carguts.ru

Полный привод: Torsen, Haldex и другие страшные слова

Первые полноприводные автомобили появились... Этот вопрос продолжает вызывать споры автоисториков, некоторые из которых называют датой рождения машин 4×4 аж 1900 год! Зато бесспорными остаются другие даты: в 1980 появился Audi quattro, открывший эпоху «легкового» полного привода, а в 1985 — Volkswagen Golf Syncro, заявивший, что дифференциал можно заменить муфтой. Но сначала давайте разберёмся...

...что такое дифференциал?

Межколёсный дифференциал — это устройство, которое делит крутящий момент, подводимый трансмиссией от двигателя, между полуосями левого и правого колеса. При этом оно работает так, что суммарная скорость вращения полуосей постоянна. Таким образом, если одно из колёс начинает вращаться быстрее (что и происходит во время пробуксовки на скользкой поверхности), второе крутится медленнее. Вплоть до полной остановки. Что за бесполезная конструкция?!

На этой схеме наиболее наглядно изображено, как при движении автомобиля все четыре колеса проходят по своим траекториям, отсюда — разные угловые скорости и необходимость для постоянного полного привода иметь три дифференциала — два межколесных и один межосевой. Впрочем, вместо центрального «диффа» можно использовать муфту, что и сделано на большинстве кроссоверов

По идее, вместо отдельных полуосей можно поставить цельную ось — как на телегах или детских игрушках. Но тогда возникает следующее: в повороте внутреннее колесо проходит меньшее расстояние, поэтому колесо внешнее должно вращаться быстрее, иначе из-за «подволакивания» будет страдать устойчивость автомобиля, его управляемость и к тому же активнее стираться внутренняя покрышка.

А теперь давайте посчитаем, сколько нужно дифференциалов для полноприводного автомобиля. Два, по одному на каждую ось? Да, если нужно организовать самый простой полный привод, сделав его подключаемым, когда водитель на бездорожье движением отдельного рычага или поворотом селектора жёстко «подрубает» переднюю (как правило) пару колёс. Такая схема называется «уазовской» (на что газовцы, первыми создавшие отечественную машину 4×4, очень обижаются) или part-time, «временный полный привод».

Классические автомобильные дифференциалы основаны на планетарной передаче: от карданного вала через коническую передачу вращение передаётся на корпус дифференциала, а корпус через независимые друг от друга шестерни (сателлиты) вращает полуоси. Каждая из полуосей может вращаться со своей скоростью, но суммарная скорость вращения постоянна

Но на асфальте такая схема не просто бесполезна, а даже вредна! В повороте передние колёса двигаются по дугам большего радиуса и вращаются быстрее задних — в некоторых случаях тяговый момент может смениться тормозным, передние колёса будут не помогать, а препятствовать движению. Кроме того, возникает так называемая «циркуляция мощности», поднимающая нагрузки на трансмиссию до критических значений. Именно поэтому part-time можно применять только на бездорожье и скользких покрытиях. Где управляемость не слишком важна.

Но лучше иметь... три дифференциала. Два межколёсных «диффа» позволяют каждой паре колёс вращаться со своими скоростями, а один межосевой выполняет данную функцию для обоих мостов. С такой трансмиссией можно ездить по любым дорогам! На просторах бывшего СССР схему принято называть «нивовской», поскольку именно вазовская «Нива» стала одним из первых внедорожников на планете, примеривших full-time, «постоянный полный привод».

Постоянный задний привод и жестко подключаемый «передок» — по схеме part-time устроены многие пикапы и «настоящие проходимцы». Когда под колёсами бездорожье, при подключенном «передке» машина просто хуже слушается руля и «идёт плугом» наружу поворота, а вот на твёрдом покрытии управляемость становится опасной, а трансмиссия испытывает колоссальные нагрузки

Большинство машин «part-time» стали достоянием истории (кроме коммерческой техники, а также ульяновских Patriot и Hunter): зачем возить раздаточную коробку (в которой происходит отбор мощности для «временно подключаемой» оси), второй кардан и вторую главную передачу, если их можно использовать только на бездорожье? Постепенно уходит и казалось бы безупречный full-time...

И вот почему. Да, такой автомобиль отличается не только лучшей проходимостью, но и управляемостью — в поворотах полноприводная машина намного более устойчива. Расплатой же за преимущества служат большие механические потери и, соответственно, повышенный расход топлива, а также более сложная конструкция — «полноприводность» нужно закладывать на стадии проектирования, чтобы найти место для громоздкой «раздатки», внутри которой прячется межосевой «дифф».

Увы, но постоянный полный привод остался дорогой экзотикой... Кстати, любопытный момент: для привода передних колёс не обязательно устанавливать раздаточную коробку, которая бы распределяла крутящий момент по осям. Например, в Audi quattro немцы сделали вторичный вал коробки передач полым и сквозь него пропустили приводной вал передних колёс

А ещё межосевому «диффу» нужна обязательная блокировка. Зачем? Повторим азбучную истину: «благодаря дифференциалу суммарная скорость вращения полуосей постоянна». То есть если полноприводный автомобиль full-time, не имеющий блокировок, всего одним (!) колесом поставить на скользкую поверхность или вывесить, машина встанет как вкопанная, не имея возможности тронуться.

Как выйти из этой ситуации? Проще всего применить «жёсткую» блокировку (технически это делается весьма просто), но тогда снова получится машина, непригодная для эксплуатации на асфальте! Нужен «самоблок» — самостоятельно блокирующийся дифференциал, который бы реагировал, притом по возможности мгновенно, на изменение состояния дорожного покрытия. И такие конструкции не сразу, но появились. Пожалуй, самой знаменитой стал...

...«старик Torsen»

Многие считают, что самоблокирующийся дифференциал Torsen назван по имени изобретателя, однако это — аббревиатура от английского словосочетания torque sensing, «чувствительный к крутящему моменту». Это механическое устройство мгновенно и плавно увеличивает степень блокировки, реагируя на изменение крутящего момента, реализуемого колёсами каждой из осей.

Сегодня применение технически сложного, а потому дорогого «Торсена» считается оправданным только на премиум-моделях. Эту трансмиссию поклонники 4×4 называют «самым настоящим полным приводом», имея на то полное право: в современном автомобиле такой дифференциал остаётся одним из последних узлов, который управляется без вмешательства электроники! Хотя, например, японцы из Mitsubishi и Subaru считают, что отказ от неё — удел ретроградов.

Такова конструкция «интеллектуальной» полноприводной трансмиссии S-AWС. Центральный дифференциал ACD (Active Centre Differential) блокируется встроенной многодисковой муфтой, управляемой электроникой. Передний межколесный дифференциал — с механической блокировкой, а задний «дифф» Super AYC (Active Yaw Control) способен принудительно ускорять вращение одного из колёс

И вот почему. «Самоблок» оперирует только разницей моментов. А если блокировку «центра» возложить на многодисковую муфту, управляемую электроникой... Чтобы перераспределять момент между осями, блок управления муфтой получает данные от датчиков — загибайте пальцы! — вращения колёс, положения руля и педали газа, продольного и поперечного ускорений, а также поворачивающего момента.

На гоночных трассах такие трансмиссии (умному «центру» также помогает не менее умный задний «дифф») позволяют творить чудеса: успешно борясь со сносом, машина буквально «заправляется» внутрь виража — эффект «доворачивания» возникает благодаря своевременному перебрасыванию крутящего момента на заднее внешнее колесо. Увы, но столь совершенной трансмиссией сегодня обладают лишь отдельные машины вроде Subaru Impreza WRX STI, да уходящего Mitsubishi Lancer Evolution X. А вот массовые модели перешли на...

...подключаемый полный привод

Компактные многодисковые муфты можно использовать не только для блокировки дифференциалов, но и заменить ими эти самые дифференциалы! Что позволило создать принципиально новую схему полного привода — автоматически подключаемый. Суть решения такова: полноприводным автомобиль становится только при необходимости, когда возникает пробуксовка, в остальное же время машина сохраняет характеристики и управляемость передне- или заднеприводной.

Volkswagen Golf II Syncro 1985 года — первый автомобиль, примеривший муфту (для начала — вязкостную) вместо дифференциала. Инженеры сразу оценили главную прелесть таких трансмиссий — компактность: можно было брать моноприводную машину и без особых усилий создавать полноприводную версию. На Golf IV уже ставилась куда более совершенная муфта Haldex вместо вязкостной

Поначалу автопроизводители применяли вискомуфты (их же использовали для блокировки дифференциалов). Первые вязкостные муфты срабатывали через 0,2 секунды после начала пробуксовки и были способны «перебрасывать» до 70% крутящего момента. Например, такими характеристиками обладала трансмиссия Volkswagen Golf II Syncro 1985 года.

Суть устройства такова. В корпусе муфты находятся фрикционные диски, залитые вязкой жидкостью под названием силоксан. При пробуксовке одного колеса пакеты дисков поворачиваются относительно друг друга — давление и температура внутри возрастают, вязкость силоксана также возрастает, и вискомуфта тормозит выходную шестерню — проще говоря, при пробуксовке колёса пакеты фрикционов перемешивают силиконовую жидкость настолько, что она густеет. Муфта «замыкается».

Со временем вместо вязкостных муфт стали использовать фрикционные, где пакеты фрикционов сжимались при помощи сервопривода. Самая известная подобная конструкция носит название Haldex по имени шведской фирмы, выпускающей данные узлы. Первые такие муфты были «реактивными» — то есть реагировали на пробуксовку ведущих колёс.

Работали первые «Халдексы» так: от малейшего рассогласования скоростей вращения валов (то есть от минимальной пробуксовки) срабатывал хитрый механизм, благодаря которому поршеньки накачивали масло внутрь цилиндра, где находится исполнительный поршень, сжимающий пакет дисков. Электроника при помощи электромагнитного клапана управляет давлением, таким образом меняя степень блокировки муфты и, соответственно, величину передаваемого момента.

Трансмиссии большинства кроссоверов и полноприводных легковушек устроены следующим образом: в приводе задних колёс установлена многодисковая муфта, управляемая электроникой. Самые современные варианты работают по «следящему» принципу — вторая пара колёс подключается автоматически при малейшем намёке на пробуксовку, а также при старте. Иными словами, муфта срабатывает превентивно

Сейчас «реактивный» принцип действия сменился «превентивным»: муфта блокируется не по факту пробуксовки колёс, а заранее, когда требуется момент на всех колёсах. Каким образом? Всё благодаря датчикам (перечитайте описание трансмиссий Evo и STI), которые поставляют информацию блоку управления, а тот решает, когда и насколько сильно нужно блокировать муфту.

Так что задержки подключения и неоднозначность реакций — в прошлом. Более того, эксперты уверены, что «подключаемый полный привод» (который иногда именуют «полным, с муфтой привода передних/задних колёс») может быть очень азартным и понятным. Одна беда: на тяжёлом бездорожье диски муфты могут проскальзывать даже при полном сжатии, что чревато перегревом. Хотя инженеры научились настолько тщательно прописывать управляющие программы, что и такая опасность скоро сойдёт на нет.

Интересная схема 4×4 — передний привод, дополненный подключаемыми по отдельности левым и правым задними колёсами. Такая схема применена для улучшения управляемости и проходимости: анализируя информацию от датчиков, электроника «перебрасывает» крутящий момент так, чтобы больше момента досталось более нагруженному колесу, а в поворотах от этого ощущается «подруливающий» эффект

Кстати, до недавнего времени вариантов устройства подключаемого полного привода насчитывалось... всего два: когда муфта устанавливалась либо в приводе задних, либо в привод передних колёс. Но набирает популярность относительно свежий подход — с подключаемыми индивидуально левым и правым задними колёсами (его исповедует, например, Nissan Juke). В этом случае можно обойтись вообще без межколёсного дифференциала. Какая схема предпочтительнее?

Откровенно говоря, количество муфт особого значения не имеет. Более того, совершенно не важно, какая платформа — передне- или заднеприводная — бралась за основу. Управляемость и проходимость целиком и полностью зависят от... уровня проработки управляющих систем. Чем больше времени конструкторы, программисты и испытатели провели над созданием и доводкой трансмиссии, тем более интересным и полезным окажется полный привод.

Владимир Веригин, Алексей Кованов

auto.mail.ru

Torsen | awd авто, 4x4 машины, 4wd автомобили, 4motion, quattro, xDrive, SH-AWD, Haldex, Torsen, wiki

Иллюстрация: T-2 (Type B)

T2color2

В данном случае, оси сателлитов параллельны полуосям. Сателлиты расположены в своеобразных карманах чашки дифференциала. При этом парные сателлиты имеют не прямозубое зацепление, а образуют между собой еще одну гипоидную пару, которая расклиниваясь, так же участвует в процессе блокировки. Подобное устройство имеет и дифференциал TrueTrac компании EATON

Считаете что информация о T-2 не верна? Присылайте нам что вы знаете на или оставьте комментарий внизу страницы.

Иллюстрация: T-3 (Type C)

T3twin_2_2

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.

Источник: wikipedia

Иллюстрация: Центральный дифференциал Torsen type I, Audi (6)

torsen-type-1

Иллюстрация: Центральный дифференциал Torsen type II

torsen-type-2

Иллюстрация: Центральный дифференциал Torsen type I, Audi (1)

torsen-type-1-audi-80-100-90-200-a4-a6-s4-s6-torsen-differential

Иллюстрация: Центральный дифференциал Torsen type I, Audi

torsen-type-1-audi-80-90-100-200-a4-a6-s4-s6

Иллюстрация: Центральный дифференциал Torsen type I, Audi

torsen-type-1-audi-80-90-100-200-a4-a6-s4-s6-disassembled

Иллюстрация: Torsen type II (слева) и Torsen type I

torsen-photo

Иллюстрация: Torsen type III

torsen-type-3

Иллюстрация: Torsen type III на Audi quattro

audi-quattro-5-torsen-type-3-differential

Иллюстрация: Как работает Torsen

torsen-differential-operating-principle

Видели лучшее описание Т-3 в сети? Присылайте нам ссылку или оставьте её в комментариях внизу страницы.

www.awdwiki.com

Дифференциалы полноприводных автомобилей — Энциклопедия журнала "За рулем"

Межосевой дифференциал может быть сконструирован так, чтобы распределять крутящий момент несимметрично. Если распределение момента по осям неравное, то большая часть момента обычно передается к задним колесам. Это объясняется тем, что при разгоне автомобиля или движении на подъем большая часть массы автомобиля перераспределяется на задние колеса и они могут реализовать больший крутящий момент, чем передние, и, кроме того, уменьшение доли крутящего момента, поступающего к передним колесам, улучшает управляемость автомобиля и меньше подвергает ее влиянию изменения крутящего момента.Для любого автомобиля с четырьмя ведущими колесами важно обеспечить движение автомобиля в случае, если одно из колес теряет сцепление с дорогой. Если одно из колес на оси буксует, то дифференциал передает на другое крутящий момент, недостаточный для движения. Если автомобиль имеет привод на четыре колеса и три дифференциала, то достаточно попасть одним колесом на скользкую поверхность, чтобы лишить автомобиль способности тронуться с места. Существуют различные способы борьбы с этим нежелательным свойством. Один из таких способов—это блокировка дифференциала. При заблокированном дифференциале крутящий момент, подводимый к колесам с лучшим сцеплением, увеличивается. Необходимо учитывать, что, если вся величина крутящего момента передается в одном направлении, карданный вал и полуоси должны быть сделаны более прочными, чтобы исключить возможность их поломки. Внедорожные автомобили, работающие в сложных условиях, могут иметь устройства, блокирующие как межосевой, так и задний межколесный дифференциалы. Блокировка дифференциала передней оси обычно не предусматривается из-за негативного воздействия на управляемость автомобиля. Другим распространенным способом улучшения характеристик трансмиссий современных полноприводных автомобилей является применение различных устройств повышенного трения, применяющихся в качестве межосевых и задних дифференциалов. Самый простой способ заключается в создании дополнительного трения при проскальзывании деталей в дифференциале. Здесь, однако, требуется ограничить величину проскальзывания таким образом, чтобы оно не оказывало чрезмерного влияния на возможность движения колес автомобиля с небольшой разницей в угловых скоростях при обычном повороте. Таким образом, дифференциалы повышенного трения должны быть такими, чтобы передавать только часть крутящего момента на колесо с хорошим сцеплением. Следует помнить, что любой дифференциал повышенного трения, независимо от места его расположения (в раздаточной коробке или ведущих мостах) отнимает часть механической энергии переводя ее в тепло, а, значит, увеличивает расход топлива. Повышается также изнашивание шин и трансмиссии в целом. Поэтому простые устройства с фрикционными шайбами или кулачковые дифференциалы устанавливались главным образом на грузовиках повышенной проходимости, то есть там, где обеспечение преодоления бездорожья считается более важной задачей, чем обеспечение экономичности. В раздаточных коробках таких автомобилей часто дифференциал вообще отсутствовал (ГАЗ-66, УАЗ) и оба моста имели жесткую связь между собой. При движении по сухому асфальту во избежание чрезмерного изнашивания шин передний мост отключался, так что полноприводными эти автомобили могли быть только вне дорог или в зимнее время года. Гораздо лучше, если дифференциал сможет «почувствовать» момент начала проскальзывания колеса и сумеет перераспределить крутящий момент на отстающее колесо. Другими словами, желательно использовать самоблокирующийся дифференциал. В ранее выпускавшихся моделях использовались вязкостные муфты (вискомуфты) и дифференциалы типа Torsen. Иногда применялось их сочетание: вязкостные муфты в качестве межосевых дифференциалов, а Torsen в качестве заднего дифференциала. В настоящее время все большее распространение получают фрикционные муфты с контролируемой степенью блокировки, когда фрикционные диски сжимаются с определенным усилием. Такие муфты могут применяться для управления распределением крутящего момента между передними и задними колесами под электронным контролем. Конструкторы современных полноприводных легковых автомобилей предлагают использовать такие чувствительные устройства, управляющие сцеплением колес с дорогой и поведением автомобиля вместо простой блокировки дифференциалов.

Устройство вязкостной муфты (вискомуфты):1 — корпус;2 — вал корпуса;3, 6 — ведущий и ведомый валы;4 — диски;5 — уплотнения

Вязкостная муфта (патент Фергюссона) является наиболее простым и дешевым устройством повышенного трения, и поэтому ее часто применяют в трансмиссиях автомобилей.Вязкостная муфта состоит из набора близко расположенных друг к другу перфорированных дисков, одна половина которых соединяется с помощью выступов с внутренней ступицей муфты, а вторая наружными выступами с корпусом.Между дисками находится силиконовая (кремнийорганическая) жидкость высокой вязкости. Валы муфты могут свободно вращаться с небольшой разницей в угловых скоростях, но, если разница в скоростях увеличивается, жидкость внутри муфты начинает действовать как твердое тело и предотвращает чрезмерное проскальзывание дисков. Возникающий блокирующий момент обусловлен свойствами вязкой жидкости. Если в качестве дифференциала использовать такую муфту, она будет перераспределять крутящий момент так, что большая его часть будет поступать на колеса, вращающиеся с меньшей скоростью.К недостаткам вязкостной муфты следует отнести экспоненциальный закон ее блокировки. Муфта срабатывает с запаздыванием. Неизбежный нагрев жидкости в муфте, который происходит при проскальзывании дисков, приводит к изменению ее характеристик. Существенным недостатком таких устройств является их влияние на процесс торможения, поскольку при резком торможении может произойти одновременное блокирование всех колес автомобиля. При использовании вязкостных муфт в трансмиссиях автомобилей с антиблокировочными тормозными системами приходится применять дополнительные устройства для разблокирования муфт при торможении.

Межосевой дифференциал Torsen:1, 3 — правая и левая полуосевые шестерни;2 — корпус дифференциала;4 — сателлит, связанный с правой полуосевой шестерней;5, 7 — выходные валы дифференциала;6 — сателлит, связанный с левой полуосевой шестерней

Дифференциал Torsen (TORque SENsing — чувствующий крутящий момент) представляет собой механический самоблокирующийся дифференциал, в котором используется сложный набор червячных шестерен.Набор шестерен внутри дифференциала состоит из ведомых (полуосевых) червячных колес и ведущих (сателлитов) червячных шестерен. Основной особенностью такой конструкции является то, что червячные шестерни могут приводить во вращение другие шестерни, но сами не могут приводиться во вращение. Такая особенность приводит к появлению некоторой степени блокирования дифференциала. В зависимости от величины передаточного числа и конструкции дифференциала, крутящий момент может распределяться по осям автомобиля в соотношении от 2,5:1 (70 % : 30 %) до 6:1 (86 % : 14 %) или даже до 7:1 (87.5 % : 12.5 %), а также распределяться в любых промежуточных значениях. При низких значениях входного крутящего момента шестерни дифференциала вращаются свободно и его действие напоминает работу обычного симметричного дифференциала. Когда входной крутящий момент увеличивается, набор червячных шестерен нагружается и в определенный момент два выходных вала блокируются.

Межосевой дифференциал Torsen Audi Quattro:1 — корпус дифференциала;2,4 — передняя и задняя шестерни;3 — червячные сателлиты;5 — фланец карданной передачи;6 — ось сателлитов;7 — прямозубые шестерни;8 — ведомый вал;9 — полый ведущий вал;А — к передней оси;В — к задней оси

Дифференциал Torsen имеет линейную характеристику, перераспределение крутящего момента происходит практически мгновенно и он не оказывает влияния на процесс торможения. Эти свойства механизма обусловили его широкое использование в качестве межколесных и межосевых дифференциалов автомобилей. Основным недостатком является сложность его изготовления и сборки и, как следствие, высокая стоимость.

Принцип действия активной гидравлической муфты:1 — выходной вал;2 — рабочий поршень;3 — диски;4 — поршневой насос;5 — управляющий клапан;6 — входной вал

Вязкостные муфты и дифференциалы Torsen являются пассивными системами. В последние годы в конструкции трансмиссий современных автомобилей все чаще начинают применять активные устройства, представляющие собой муфты, в которых для блокирования валов используются многодисковые мокрые сцепления.Для управления многодисковым сцеплением используется давление масла, которое воздействует на поршень, сжимающий диски. Давление масла регулируется с помощью контрольного клапана. Крутящий момент с помощью таких муфт может распределяться как между передней и задней осями автомобиля, так и между колесами одной оси.

Муфта HaldexШведская фирма Haldex по своему патенту выпускает муфту с многодисковым мокрым сцеплением, электрическим гидронасосом и гидроаккумулятором.Электрический насос работает только при движении автомобиля и создает небольшое давление масла, для того чтобы не происходило задержки в срабатывании муфты. Давление на поршень, сжимающий диски сцепления, поступает от гидравлического поршневого насоса, который создает давление, как только возникает различие в угловых скоростях соединенных муфтой валов. Давление, создаваемое насосом, пропорционально разнице в частоте вращения валов. Управляет работой муфты Haldex встроенный в нее электронный блок управления, который связан с другими электронными системами управления автомобилем. Муфта может работать при любых скоростях движения автомобиля как при движении вперед, так и при заднем ходе. Она не влияет на работу антиблокировочной системы (АБС) вследствие очень быстрой активации и деактивации и обеспечивает полностью контролируемое распределение крутящего момента по осям. В настоящее время муфты Haldex устанавливаются в трансмиссиях полноприводных версий автомобилей.

wiki.zr.ru