Укрощение дифференциального «зверя» Автопродукта от эксперта Вадима Корсунова.
В современном мире автомобили становятся всё более совершенными и технологичными. Одной из важных составляющих любого автомобиля является трансмиссия, которая реализует крутящий момент от двигателя на колёсах. Одним из ключевых элементов трансмиссии является дифференциал, который позволяет колёсам вращаться с разной угловой скоростью при прохождении поворотов.
Однако из-за особенностей своей конструкции в некоторых ситуациях, например, при движении прямо по дороге с разным покрытием с каждой из сторон автомобиля в виде снега, воды, асфальта или при движении в повороте также с разным покрытием под колёсами или в повороте на большой скорости стандартный межколесный симметричный конический дифференциал низкого трения может стать причиной потери контроля над автомобилем или причиной потери первого места в гонке. В таких случаях на помощь приходят дифференциалы повышенного трения различных конструкций. Мы рассмотрим межколесный симметричный винтовой (цилиндрический) дифференциал повышенного трения с муфтой постоянного момента. Тот самый, который обыватели называют винтовой самоблокирующийся дифференциал с преднатягом, что не отражает его сути и не дает понять принцип его работы.
Что такое межколесный симметричный винтовой (цилиндрический) дифференциал повышенного трения с муфтой постоянного момента?
Межколесный симметричный винтовой (цилиндрический) дифференциал повышенного трения с муфтой постоянного момента рис. 1 — это устройство, которое позволяет реализовать моменты на колесах в заданной пропорции, сохраняя дифференциальную функцию, т.е. реализуя на колёсах моменты отличные от равных между собой, повышая таким образом потребительские свойства автомобиля и позволяя избавиться от недостатка межколесного симметричного конического дифференциала низкого трения, который делит момент между колёсами в равной пропорции реализуя момент буксующего (забегающего) колеса на (отстающем) колесе с хорошим сцеплением.
Межколесный симметричный винтовой (цилиндрический) дифференциал повышенного трения с муфтой постоянного момента самостоятельно, без использования какой-либо электроники, перераспределяет преходящий момент между колёсами при возникновении отношения моментов на колесах отличного от 1 при разной скорости вращения колес. Это позволяет предотвратить потерю тяговой силы автомобиля. т.е. предотвращается потеря тяги и невзирая на разную поверхность под разными колёсами автомобиля дифференциал все равно позволяет продолжить движение, а если потребуется и разгон.
Как работает межколесный симметричный винтовой (цилиндрический) дифференциал повышенного трения с муфтой постоянного момента?
Принцип работы межколесного симметричного винтового (цилиндрического) дифференциала повышенного трения с муфтой постоянного момента основан на трении внутри механизма дифференциала. Понижая КПД дифференциала с помощью трения внутри механизма при определенных условиях во время эксплуатации и удаётся достичь перераспределения моментов между колесами, сохраняя разные угловые скорости вращения колёс, а значит сохраняя свою дифференциальную функцию. Необходимо понимать, что трение возникает во всём механизме, но в разной степени в разных местах и на рис. 2 ниже приведены % создаваемого трения в механизме при его работе.
5% сил трения возникает в зубчатом зацеплении
5-40% сил трения возникает на торцевых поверхностях полумуфт полуосей
50-80% сил трения возникает между корпусом дифференциала (колодцами под винтами) и косозубами винтами
5-10% сил трения возникает на торцах косозубых винтов.
Смысл дифференциала в распределении момента между колесами в заданной пропорции, сохраняя различные угловые скорости вращения колёс, что позволяет моменту на (отстающем) колесе быть больше относительно момента на (забегающем) колесе. Особенность конструкции наших межколесных симметричный винтовых (цилиндрических) дифференциалов повышенного трения с муфтой постоянного момента в том, что они не являются 100% блокировкой. Т.е. дифференциал не может до 100% момента передать на (отстающее) колесо с хорошим сцеплением по отношению к (забегающему), у которого плохое сцепление, так как 100% блокировка — это “заварка” или “принудительно включаемая блокировка”, которые являются крайне опасными и не удобными для гражданского режима эксплуатации, так как скорости вращения колес уравниваются и авто будет с точки зрения обычного пользователя “не адекватным”, а также это повысит нагрузки на трансмиссию, что приведёт к наискорейшему выходу её из строя.
Перед тем как понять, как работают наши дифференциалы нужно ввести 2 понятия:
1) КБ-коэффициент блокирования от 2 (33%) до 5 (67%). Задаётся главным образом углом наклона зубьев цилиндрических шестерен (винтов), материалом в паре трения деталей и используемым маслом. КБ-основополагающая характеристика описывающая, то как дифференциал будет влиять на поведение авто. КБ описывает максимальное отношение моментов между колёсами, т.е. то во сколько раз момент на (отстающем) колесе будет больше момента на (забегающем) при сохранении различий в скорости вращения колес. % указывает на максимально возможную разницу моментов между колесами. Т.е. если КБ=5 и на правом колесе момент М=10 Н*м, то на левом колесе до М=50 Н*м. В сумме М=60 Н*м. Так вот на правом колесе значит реализуется 16,6(6)% момента, на левом колесе до 83,3(3)%, а их разница и есть те самые 66,6(6)%. Всякое отличие от 100% позволяет колесам вращаться с разной скоростью, так как скорость вращения обратна пропорциональна моменту и если на левом колесе 83,3(3)% момента, то значит угловой скорости на нем 16,6(6)%.
2) Момент проворота приводных шестерён (преднатяг) от М=4 кгс*м до М=10 кгс*м (39 Н*м до 98 Н*м) в муфте постоянного момента. Задаётся силой трения, возникающей в механизме муфты постоянного момента под действием усилия от тарельчатых пружин внутри и снижающейся со временем, так как всякие пружины со временем просаживаются и соответственно теряют усилие прижима деталей, а сам механизм стирается ведь он работает за счёт сил трения в нем. Вторичная характеристика описывающая, то как авто будет себя вести в условиях отсутствия контакта с землей одного из колес или при очень скользких поверхностях под одним из колёс.
Наш дифференциал работает так.
- КБ описывает, то до скольки раз момент на колесе с лучшим сцеплением (отстающем) будет больше момента колеса с худшим сцеплением (забегающим). Т.е. при превышении какого отношения моментов (отстающего) колеса к (забегающему), (забегающее) колесо будет буксовать вместе с (отстающим).
Пример №1. На переднеприводной машине, Lada Granta с колесами 195/55/15, без противобуксовочной системы или с отключённой противобуксовочной системой под передним правым колесом грунтовая дорога с коэффициентом сцепления µ=0.5, а под передним левым колесом сухой асфальт с коэффициентом сцепления µ=0.8. Умножим коэффициент сцепления правого колеса µ=0.5 на силу с которой переднее правое колесо давит на землю (силу реакции опоры) R=g*m=9.81 м * с2 * 330 кг= 3237 H мы получим силу сцепления F=R*µ=3237Н *0.5=1618 H (165 кгс) и умножив эту силу сцепления на радиус колеса L=0,3 м мы получим момент M=F*L=1618Н*0.3м=485 Н*м. Это максимально возможный для правого колеса момент при превышении которого будет пробуксовка, а соответственно умножая этот момент на КБ дифференциала, к примеру КБ=5, мы получим момент М=2425 Н*м максимально реализуемый на левом колесе. Теперь обратно пересчитав моменты в тяговую силу для каждого колеса мы получаем, что в случае использования нашего дифференциала на правом колесе у нас будет до 165 кгс тяги, а под левым до 825 кгс тяги, что в сумме даёт до 990 кг, но фактически, с учётом коэффициента сцепления под колёсами, справа получится реализовать тягу в 165 кгс, а вот слева в 264 кгс, а всякое превышение суммы моментов реализуемых на колесах будет тратиться на одновременное буксование обоих колёс, так как сама дорога не может обеспечить больше зацепа. т.е. давить на газ не будет смысла, так как тяги больше не будет, а будет всего лишь пробуксовка обоих колес одновременно. А вот если бы был дифференциал низкого трения (заводской), то под правым были-бы те же 165 кгс, но вот под левым, там где асфальт и там где можно зацепиться сильнее было-бы так же 165 кгс., что в сумме даёт 330 кгс тяги. А 330 кгс тяги и 428 кгс тяги отличаются. Чем больше будет разница в силах сцепления под колёсами, тем сильнее будет ощущаться положительный эффект от дифференциала повышенного трения. Отличие наших дифференциалов в том, что можно реализовать тяговую силу на дороге с хорошим сцеплением даже если второе колесо стоит на дороге с плохим сцеплением, и колеса при этом будут крутиться с разной скоростью пока отношения моментов на колесах не превысит КБ и лишь тогда (забегающее) колёсо начинает буксовать без увеличения тяги на (отстающем), так как предел КБ достигнут и больше момента на отстающее не придет, а значит вся мощность будет тратиться на пробуксовку обоих колес и на преодоления трения в дифференциале т.е. на нагрев масла и износ механизма, так как дифференциал все продолжит перераспределять момент в соответствии со своим КБ.
2. Что же тогда описывает вторая важная характеристика дифференциала, а именно момент страгивания приводных шестерён (преднатяг) измеряемый в M=кгс*м возникающей в муфте постоянного момента. Преднатяг описывает, то на сколько увеличивается момент на (забегающем) колесе с плохим сцеплением, ведь именно этот момент потом будет суммироваться с моментом от (забегающего) колеса с плохим сцепление и уже их сумма будет множится на КБ и реализовываться на (отстающем) колесе под которым дорога с высоким сцеплением.
Пример №2.
На переднеприводной машине, Lada Granta с колесами 195/55/15, без противобуксовочной системы или с отключенной противобуксовочной системой под передним правым колесом грунтовая дорога с коэффициентом сцепления µ=0.5, а под передним левым колесом сухой асфальт с коэффициентом сцепления µ=0.8. Как мы уже рассматривали выше момент справа оказался
М=485 Н*м и тогда есть что умножать на КБ, у нас в примере КБ=5, а вот если правое колесо будет вывешено, тогда коэффициент сцепления µ=0.0 и умножать будет нечего и мы не сможем поехать и вот здесь как раз мы и начинаем ощущать (преднатяг). Он к моменту от воздуха на вывешенном колесе М=0 Н*м прибавляет свой, к примеру М=6 кгс*м, что в (Н*м) равняется примерно М=60 Н*м и вот эти М=60 Н*м умножаются на КБ=5 и тогда на левом колесе можно реализовать момент до М=60*5=300 Н*м. В нашем случае если под левым колесом будет сухой асфальт с коэффициентом сцепления µ=0.8, то на нем дифференциал позволит реализовать тяговую силу F=М/L/9.81= 300 Н*м/ 0.3 м/9.81 = 102 кгс, что лучше чем 0 кгс.
Т.е. преднатяг нужен в ситуациях, когда одно колесо либо вывешено, либо стоит на очень скользком покрытии, таком как мокрый лед, и муфта постоянного момента позволяет в это случае уехать, а не бесполезно вращать вывешенным колесом. А вот рассматривая предыдущий пример у нас на правом колесе была бы возможность реализовать не М=485 Н*м, а М=485+60=545 Н*м, а на левом возможно было бы реализовать не М=2425 Н*м, а М=540*5=2725 Н*м, что в сумме уже М=3270 Н*м вместо М=2910 Н*м, что также позволило бы гипотетически, т.е. если бы позволял коэффициент сцепления µ, реализовать большую тяговую силу, а значит либо быстрее ускориться, либо быстрее пройти поворот, так как внешнее нагруженное колесо могло бы реализоваться большую тяговую силу.
Особенности работы и нюансы эксплуатации нашего дифференциала?
Необходимо понимать, что работа дифференциала основана на трении, а это значит, что он со временем изнашивается (стирается), так как при трении всякий металл неизбежно стирается и если дифференциал будет работать в масле со взвесью металла, то процесс изнашивания ускориться лавинообразно и свойства, и удобства работы потеряются потому замена масла каждые 20 000 км необходима для поддержания нормальной работы механизма, а в сложных условиях гонок или активной езды и того раньше. Также обязательно необходимо при установке данного дифференциала устанавливать магнитные пробки в МКПП для сбора металлической взвеси из масла, так как в МКПП как правило нет насоса подачи масла, нет масляного фильтра, который собирал-бы всю взвесь, да и как таковой системы смазки нет, а есть объём масла, в котором работают шестерни первичного и вторичного валов (13 штук), подшипники МКПП (11 штук), блокирующие кольца синхронизаторов (5 штук) и иные механизмы и все эти детали будут подвержены абразивному износу т.е. будут изнашиваться под действием металлической взвеси в масле, в которой они работают. Усилие тарельчатых пружин тоже падает со временем из-за абразивного износа и нормального проседания пружин.
В сложных ситуациях, когда величины настоящего момента (преднатяга) муфты постоянного момента недостаточно для выезда из сложных условий при вывешенном колесе или при наезде на скользкое покрытие одним колесом Вы можете помочь механизму. Необходимо при работе газом и сознании пробуксовки колеса нажать и придерживать педаль тормоза, так как таким образом на буксующем колесе (набегающем) создается момент больший чем М=0 Н*м, которое колесо развивает от поверхности, и уже этот тормозной момент будет суммироваться с моментом от муфты блокирования (к примеру М=6 кгс*м=60 Н*м) и их сумма будет множиться на КБ, к примеру КБ=5, и передаваться на отстающее колесо. Да тормозами тормозятся все колеса, но одинаково, а вот момент дифференциал множит на КБ и чем больше КБ тем больше этот эффект и потому Вам удастся выехать из сложной ситуации при нажатых педалях тормоза и газа, как бы это не казалось странным со стороны, лишь бы мощности двигателя хватило и Вы целенаправленно не пытались остановить колеса. Задача поджать колеса тормозами, но не блокировать их.
При наличии системы противобуксовочной системы дифференциал будет ей существенно помогать и способствовать её лучшей работе. Это потому, что данная система сама зажимает тормозами буксующее (забегающее) колесо как в примере выше, но вот если водитель может тормозить только всеми колёсами одновременно, то противобуксовочная система, она же система помощи при подъеме, может тормозить каждым колесом по отдельности, что и нужно в подобных ситуациях и тогда из умноженного момента, пришедшего на (отстающее) колесо, не будет вычитаться тормозной момент, что увеличит тягу, а значит Вам будет либо легче выехать, либо авто сможет подняться по более крутому склону.
Проблемы, решаемые установкой межколесного симметричного винтового (цилиндрического) дифференциал повышенного трения с муфтой постоянного момента:
- Существенно увеличивается тяга авто на сложных покрытиях
- Появляется возможность уехать, когда одно колесо либо вывешено, либо стоит на льду
- Колеса вращаются с разной скорости, сохраняя устойчивость и управляемость в сравнении с “заваркой” или “принудительной блокировкой”
- Дополняет и существенно улучшает работу системы противобуксовочной системы (помощи при подъёме)
- Снижает износ тормозных механизмов при работе противобуксовочной системы (помощи при подъёме)
- Работает на опережение и не имеет временную задержку при перераспределении момента в отличии от электронных помощников
- Стабилизируется разгон авто, так как тянут оба колеса
- Увеличивается проходимость
- Затягивает автомобиль под газом в поворот
Одним из ключевых преимуществ установки данного дифференциала является его уникальность. На сегодняшний день он может устанавливается на все передне-приводные автомобили ВАЗ (включая модели Largus, Vesta c МКПП). Качество материалов и простота конструкции гарантируют долгий срок службы при своевременной замене масла (примерно каждые 20 000 км).
Дифференциал повышенного трения от “Автопродукта” имеет существенно увеличенный по сравнению с конкурентами интервал сохранения момента стягивания приводных шестерён (преднатяг) благодаря применению тарельчатых пружин производства Германия.
Гарантия на дифференциал повышенного трения от Автопродукта составляет 12 месяцев при условии, что дифференциал не разбирался. Для оптимальной работы рекомендуется использовать трансмиссионные масла 75-140W или масла с допуском LSD, а также менять масло в МКПП каждые 20 000 км.
Рекомендуем к изучению статью о дифференциале. https://www.zr.ru/content/articles/805915-vse-pro-privod-krutyashhij-moment-istiny/
Вадим Корсунов