Самоблокирующийся дифференциал (LSD)

[Yurz 1,812]

 

Самоблокирующийся дифференциал. Сделан под заказ, - начало 2011.

 

Немного теории.

Скрытый текст

 

 

При движении автомобиля на повороте, по неровностям дороги и т.д. колеса проходят путь разной длины (рис. 1). Чтобы не происходило проскальзывания шин по асфальту, они должны вращаться с разными скоростями.

Колеса ведомой оси вращаются независимо друг от друга, поэтому катятся без пробуксовки.

Дифференциал – механизм, позволяющий колесам ведущей оси вращаться с разными скоростями и подводящий к ним крутящий момент. В трансмиссии автомобилей с одной ведущей осью дифференциал устанавливается между приводами колес (полуосями, ШРУСами и т.д.), поэтому его называют межколесным. В полноприводных автомобилях (со всеми ведущими колесами) он может находиться и между ведущими осями (межосевой дифференциал). Крутящий момент к дифференциалу подводиться от двигателя через агрегаты трансмиссии (коробку передач, карданный вал, главную передачу и т.д.)

Крутящий момент – характеристика вращательного движения. Его величина равна произведению силы на плечо (расстояние от точки приложения силы до оси вращения) и измеряется в Нм (ньютон на метр). Например, если двигатель развивает крутящий момент 100Нм, значит, сила на плече в 1м будет составлять 100Н.

Сила сцепления – колеса с дорогой равна произведению весовой нагрузки на колесо (которую колесо передает на дорогу) на коэффициент сцепления.

Сила тяги на колесе (рис. 2) зависит от радиуса колеса и подводимого к нему крутящего момента. Она ограничивается силой сцепления с дорогой, то есть не может больше нее. Произведения силы тяги на радиус колеса дает тот крутящий момент, который дифференциал может передать на колеса. Когда сцепление с дорогой мало (например, на гладком льду) или колесо вывешено (отсутствует весовая нагрузка), крутящий момент и силы тяги на колесе очень малы или отсутствуют. Если «тяга» меньше сопротивления движению, автомобиль не сможет тронуться с места.

На легковых автомобилях, предназначенных для движения по дорогам с твердым покрытием (асфальтом, бетоном), наибольшее распространение получил дифференциал с коническими шестернями.

Дифференциалы с коническими шестернями.

 Представляют собой зубчатую передачу с подвижными осями зубчатых колес (такие передачи называют планетарными). Её основными элементами являются (рис. 3):

• корпус, с которым жестко соединено ведомое зубчатое колесо главной передачи (передающей крутящий момент от карданного вала на корпус дифференциала). На легковых автомобилях, как правило, корпус имеет неразъемную конструкцию и окна для монтажа шестерен;
• сателлиты – конические зубчатые колеса, которые могут поворачиваться вокруг оси. В дифференциалах легковых автомобилей обычно устанавливаются два сателлита;
• ось сателлитов, жестко закрепленная в корпусе и вращающаяся вместе с ним. На ней расположены спиральные канавки для улучшения смазки сателлитов;
• две конические шестерни, входящие в зацепление с сателлитами и жестко соединенные с выходными валами дифференциала (полуосями, ШРУСами и т.д.). Эти шестерни принято называть полуосевыми.

При движении автомобиля ведомая шестерня главной передачи вращает корпус дифференциала и, соответственно, ось с сателлитами, которые передают движение полуосевым шестерням, а они, в свою очередь, на колеса.

На прямой и ровном отрезке пути (рис. 4) колеса проходят одинаковое расстояние, поэтому полуосевые шестерни и корпус дифференциала, а также ось сателлитов вращаются с одинаковой скоростью. Последние не поворачиваются относительно своей оси.

Когда автомобиль совершает поворот, внутреннее (расположенное ближе к центру поворота) колесо начинает вращаться медленнее (поэтому его называют отстающим). Соответственно, соединенная с ним полуосевая шестерня совершает меньше оборотов в минуту, чем корпус дифференциала и ось сателлитов. Это вынуждает их поворачиваться вокруг оси и увеличивать скорость вращения второй шестерни и наружнего (забегающего) колеса. Так обеспечивается разное число оборотов шин, необходимое для движения без пробуксовки.

Этот вид дифференциалов называют также симметричным, так как они поровну распределяют крутящий момент между колесами. Это происходит потому, что сателлит работает как равноплечий рычаг и передают только равные усилия к шестерням и колесам. Как сказано выше, если одно из колес имеет малое сцепление с дорогой, крутящий момент на нем небольшой, соответственно симметричный дифференциал подводит такое же усилие к другому колесу. То есть если одно из колес буксует, значит, сила тяги на втором колесе незначительна, что отрицательно сказывается на проходимости. Для ее улучшения на автомобилях применяют полную или частичную блокировку дифференциалов, степень которой оценивают коэффициентом блокировки.

Коэффициент блокировки.

Коэффициент блокировки (Кb) – это отношение крутящего момента на отстающем колесе к моменту на забегающем. Его величина для симметричного дифференциала равна 1 (моменты на обоих колесах равны), для дифференциалов повышенного трения (см. ниже) Кb = 3..5.

Чем больше Кb, тем лучше проходимость автомобиля. Например, при большом коэффициенте блокировки ухудшаются управляемость и устойчивость транспортного средства при движении по асфальту. Это связано с тем, что на отстающем колесе момент в несколько раз больше и оно старается как бы «вытолкнуть» автомобиль из поворота. К тому же возрастает износ шин из-за частичной пробуксовки, нагрузки на элементы привода, снижается КПД, что приводит к увеличению расхода топлива.

Самоблокирующиеся дифференциалы с полной блокировкой.

Имеют муфту, жестко соединяющую (блокирующую) корпус дифференциала и шестерню выходного вала. Привод муфты может быть механическим, гидравлический или пневматический, а управление блокировкой осуществляется водителем (блокировка межосевого дифференциала на ВАЗ-21213). После преодоления труднопроходимого участка водителю необходимо сразу отключать блокировку, что требует от него дополнительного внимания. Иначе на шины и трансмиссию будут действовать избыточные нагрузки, а автомобиль будет хуже управляем.

У механизмов повышенного трения – многодисковых дифференциалов, вискомуфт, самоблокирующихся дифференциалов «Квайф» и «Торсен» блокировка (частичная) осуществляется автоматически, без участия водителя.

Самоблокирующиеся многодисковые дифференциалы.

 Устройство одного из таких механизмов представлено на рис. 5. Его основное отличие от симметричного дифференциала заключается в наличии подпружиненного пакета фрикционных дисков, одна из которых жестко связана с корпусом, а другая с полуосевыми шестернями.

При разных оборотах колес полуосевые шестерни дифференциала вращаются быстрее или медленнее корпуса. За счет это между фрикционными дисками возникают силы трения, препятствующие свободному вращению шестерен,то есть осуществляющие частичную блокировку. Соответственно на отстающем колесе увеличивается крутящий момент и сила тяги.

Фрикционные диски в некоторых конструкциях не подпружинены, а сжимаются давлением жидкости, создаваемым насосом. Например, одна из таких конструкций носит название «героторный дифференциал» (от англ. Gear - шестерня). Он имеет шестерёнчатый насос, создающий давление жидкости при разных скоростях вращения полуосевых шестерен корпуса.

 

Вискомуфта.

 Получила свое название от лат. viscosus - вязкий. Ее основными элементами являются (рис.6):

• корпус и вал, герметизированные с помощью уплотнений
• диски, одна половина которых соединена шлицами с корпусом, другая с валом. Диски имеет каналы и отверстия для увеличения вязкости трения жидкости
• силиконовая (кремнийорганическая) жидкость, которая обладает высокой вязкостью и заполняет корпус на 80-90%

Вискомуфта передает подводимый к ней крутящий момента за счет внутреннего трения в жидкости, находящейся между дисками. Когда их скорости одинаковы, муфта передает небольшую часть усилия (5..7%). При отставании ведомых дисков от ведущих жидкость перемешивается, температура и вязкость ее растут, она расширяется сжимает воздух. Когда он почти полностью сжат, давление в муфте резко возрастает, что вызывает осевое перемещение дисков по шлицам до их механического контакта. Это приводит к резкому возрастанию передаваемого момента(«хамп-эффект»), что может отрицательно сказаться на управляемости автомобиля. В результате вращения передается за счет механического трения, температура и соответственно давление жидкости постепенно снижаются, диски выходят из механического контакта.

Передаваемый момент зависит от характеристик муфты и от разности скоростей вращения ее валов.

Вискомуфта может устанавливаться как самостоятельный узел между ведущими осями или «встраиваться» в конический дифференциал.

Этот узел не пригоден к ремонту, так как количество и вязкость жидкости определяют характеристики вискомуфты и строго контролируются при ее изготовлении. При утечке части жидкости муфта подлежит замене.

Самоблокирующийся дифференциал «Квайф».

 Конструкция механизма, зарегистрированного под торговой маркой «Квайф» («Quaife»), представлена на рис.7. Сателиты у него расположены в два ряда параллельно оси вращения корпуса. Причем они крепятся не на осях, а находятся в закрытых с обоих концов отверстиях корпуса. Правый ряд сателлитов входит в зацепление с правой полуосевой шестерней, левый – с левой. Кроме того, сателлиты из разных рядов зацепляются между собой попарно. Все зубчатые колеса имеет винтовые зубья.

Когда одно из колес начинает отставать, связанная с ним полуосевая шестерня начинает вращаться медленнее корпуса и поворачивать входящий с ней в зацепление сателлит. Он передает движение связанному с ним сателлиту из другого ряда. а тот, в свою очередь, на полуосевую шестерню. Так обеспечиваются разные обороты колес на повороте. Благодаря разности крутящих моментов на колесах в винтовом зацеплении возникают осевые и радиальные силы, прижимающие полуосевые шестерни и сателлиты торцами к корпусу. Последние также прижимаются вершинами зубьев к поверхности отверстий, в которых они расположены. За счет этого возникают силы, осуществляющие частичную блокировку, что увеличивает силу тяги на отстающем колесе и, соответственно, суммарную силу тяги автомобиля, повышая его проходимость.

Величина коэффициента блокировки зависит от угла наклона зубьев сателлитов и полуосевых шестерен. Устанавливая в корпус комплекты сателлитов и шестерен с различным углом наклона зубьев, изменяют коэффициент блокировки в зависимости от характеристик автомобиля и условий его применения.

Самоблокирующийся дифференциал «Торсен».

Получили свое название от англ. Torque – крутящий момент и sensing – чувствительный, то есть чувствительный к крутящему моменту. Механизмы, выпускаемые под этой торговой маркой, имеют два типа конструкций.

 Первый представлен на рис.8. Сателлиты расположенные корпусе перпендикулярно его оси и объединены между собой попарно с помощью прямозубого зацепления, а с полуосевыми шестернями связаны червячным зацеплением.

На 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. Такой «цепочкой» колесам автомобиля обеспечивается возможность вращаться с разной скоростью. Силы трения, возникающие в червячном зацеплении от разности моментов на колесах, осуществляют частичную блокировку дифференциала.

Применение комплектов сателлитов и шестерен с различным профилем червячного зацепления дает возможность изменять коэффициент блокировки. Недостаток этого вариант – сложность конструкции и ее сборки.

 Второй тип «Торсена» представлен на рис.9. Сателлиты расположены параллельно оси корпуса дифференциала в его отверстиях и соединены попарно между собой и с полуосевыми шестернями винтовым зацеплением. Работа механизма на поворотах и частичная блокировка осуществляются так же, как у «Квайфа». Этот вариант конструкции менее сложный, кроме того позволяет уменьшить диаметр корпуса дифференциала.

[Miguel 0]

Что стоит это удовольствие?Извиняюсь,в чем + на автомате?

[Yurz 1,812]

Плюсы такие же как и на механической коробке - позволяет уверенно отталкиваться не только одним колесом, но и вторым. По голому льду и свежему снегу я довольно уверенно ездил пару дней на летней резине, например.

 

Тут на фото я даже на бордюр заехал на летней резине, и видно, что нагреб даже бампером свежий снег.

Позволяет буксовать, не боясь, что вылетит палец дифференциала (ибо пальца нет). Причем буксовать обоими колесами одновременно, что практически нереально сделать на свободном дифференциале (прогреть колеса на свободном диффе получится в 2 захода - сначала побуксует одним колесом, потом вторым, но второго может не получиться... ибо палец испытывает колоссальные нагрузки в момент восстановления зацепа после букса).

 

Удовольствие обошлось в два снятия коробки, и 23 тысячи рублей в 2011году (не считая стоимости затерявшихся у мастера стоковых дифференциала и привода).

Разница между LSD для АКПП и МКПП для YRV

 

Мы заказывали три штуки (один для МКПП и два для АКПП), оба автоматных потом нам поменяли "по гарантии" - ибо корпус первых образцов не выдерживал температурных расширений и недостаточного количества смазки (впоследствии доработали корпус АКПП, и теперь проблем с маслом нет, а корпуса вторых версий сделаны из цельного куска - первые были сварными).

Кстати, после этого разрушения - коробка ездила, немного похрустывая на небольшой скорости при вывернутых колесах. В остальном - все как на абсолютно рабочей коробке. У меня, например, сломалось в апреле, а поменял я на новый в октябре, когда получил замену (ту, что в первом сообщении темы), и даже ездил все лето на дрэг, и выезжал из 15ти секунд именно на сломанном диффе. На видео в конце слышно, как проворачивается корпус сломанной крышки дифференциала.

 

А это фотографии до разрушения, которые были сделаны когда я запрессовывал новые подшипники

 

По мануалу для атмосферной версии (для турбоверсии YRV отсутствует мануал в принципе) моменты затяжек ~10кг, я затягивал с моментом ~12кг, причем с использованием резьбового герметика (перераспределяет нагрузку с крайних витков на остальные). Больше тянуть смысла нет, да и есть опасность повредить болты.

Для тех, кто не знает как можно удержать круглую деталь с таким усилием — есть довольно наглядная картинка (читайте инструкцию, господа )

[Yurz 1,812]

Автоматических коробок с LSD с общим корпусом дифференциала не бывает, с завода не бывает, почему?

 

Мысли - надо охлаждать масло и/или ... дорабатывать систему смазки, вернее, слива масла из корпуса диффа.
Если с дополнительным кулером для масла АКПП все довольно просто, и есть отдельные темы для этого, то с системой смазки - все интересней.

Краткий экскурс после совещания с Наилем  
Вот корпус КПП

 

 

Это окно, через которое стекает масло в поддон.

 

 

 

Если сделать из жести, то, что Наиль согнул из бумаги - то дифф всегда будет на 1/3 в масле, закрепить на заклепки тоже реально, может главной проблемой будет неудобство сверления, но это уже по месту, может сделать более гнутую деталь, чтоб на соседнюю плоскость крепить - сверлиться можно везде, где удобно, соприкасание не обязательно сильно плотное, желательно. Короче, очередная доработка, которую, кстати, можно советовать для внедрения всем, кто 2wd (дифф в масле будет, почти как в механике, палец будет смазан лучше).

Это я писал, когда советовался с несколькими людьми. Когда до эксперимента надо было еще подготовиться, и вот настал тот "звездный час". Поскольку ремзоны были заняты, я решил подготовиться, - сделал заготовку по корпусу моей старой родной коробки (сделал из кровельной жести). Еще в процессе нашел лишнее окошко, которое тоже решил закрыть, вот что вышло:

 

 

Залил, внимание! 4.5 литра масла (ибо теперь в поддон масла стекает меньше, вернее, оно стекает с большой задержкой).

Это пока все, кстати, аналогичную доработку могу рекомендовать всем, кто боится пальца диффа! Возможно, "заборчик" можно сделать чуть меньше, но оно работает! те, кто снимают коробку - делайте, мне неудобно крепить было, без снятия (я пальцем разгибал с обратной стороны "усики"), когда коробка снята, можно более точно подогнать.

По прошествии 5 лет, могу констатировать - система работает, как задумывалось. "Рекомендации от лучших собаководов..." и все такое. Еще из плюсов, - при замене масла на стоке мы меняем 2-2.5литра из 5.5, т.е. меньше половины, то я меняю 4-4.5 из 7литров, т.е. и теплоемкость масляной системы выше стала (что очень важно в нашей теплонагруженной коробке), и смена масла обновляет больше в процентном отношении за один раз больше.

 

 

[caterpi11ar 0]

Привет.

Судя по наличию червяков внутри это торсен а не LSD.

Срабатывает только при пробуксовке, а не как LSD сразу при подведении мощности от двигателя.

Насколько реально сейчас заказать еще один под автомат, срок, цена?

 

[Anton_Pimp 43]

Не нужен тебе, Вовка, такой дифф...

[caterpi11ar 0]

Что ты так сразу...

На заднем приводе торсен хоть как то спасал ситуацию, дело не в том чтобы с места без букса уходить, а в том, чтобы зимой во дворе себя ущербно не чувствовать.

Я гонку строить не собираюсь, была одна, на 350 сил на заднем приводе, хватило, да и денег дюже много надо.

Да и торесен как раз гражданская блока в отличие от LSD которая резину в поворотах жрет.

Edited December 2, 2016 by caterpi11ar

[Lab 67]

17 минут назад, caterpi11ar сказал:

Что ты так сразу...

На заднем приводе торсен хоть как то спасал ситуацию, дело не в том чтобы с места без букса уходить, а в том, чтобы зимой во дворе себя ущербно не чувствовать.

Я гонку строить не собираюсь, была одна, на 350 сил на заднем приводе, хватило, да и денег дюже много надо.

Да и торесен как раз гражданская блока в отличие от LSD которая резину в поворотах жрет.

 

На целых 350 сил? Ого!

[Anton_Pimp 43]

49 минут назад, caterpi11ar сказал:

Что ты так сразу...

На заднем приводе торсен хоть как то спасал ситуацию, дело не в том чтобы с места без букса уходить, а в том, чтобы зимой во дворе себя ущербно не чувствовать.

Я гонку строить не собираюсь, была одна, на 350 сил на заднем приводе, хватило, да и денег дюже много надо.

Да и торесен как раз гражданская блока в отличие от LSD которая резину в поворотах жрет.

Тогда точно не вижу смысла. Даже затрудняюсь сказать, у кого еще, кроме Юры, стоит вышеуказанный дифф.

[caterpi11ar 0]

Вот такой пепелац был.

К сожалению для передвижения семьей был уже не пригоден.(жестко, низко)

Зато очень весело летом и особенно зимой.

 

 

Поэтому и интересуюсь торсеном, с  одним ведущим колесом как то не то.

Насколько я понял изготавливались 3 дифа, 2 автоматных, один под меху.

Так что минимум 2 обладателя должно быть данной тюнячки.

Edited December 2, 2016 by caterpi11ar

[deboom 60]

У Наиля еще такой должен быть. Внутренний голос прям орёт: цена привязана к $ ... 

[IceMaN 62]

мне кажется больше привязана к количеству...если соберем заказ в 1000 единиц, то ценник будет более чем гуманный...но могу и ошибаться...чу-чу:)

[Hemezida 21]

не мучайте попу) свап на 4вд и переделка пальца дифа на подшипник буксуй сколько влезет

[IceMaN 62]

я тоже за 4 вд...но с кнопки было бы супер...но полный привод бы взял от субару...так сказать доступно и дешево/надежно...вопрос остается в состыковке с коробасом

[Hemezida 21]

что-то с субару у меня не сложилось, по мне те еще помойки для всяких свапов   аиртеки проще... но  это мое мнение из моих личных неприязней

проще Юрзу вообще было заварить диф  - вот и бюджет и эффект :)))

[IceMaN 62]

от трека трансмиссия больше, еще сложнее упихать...пробовать надо от ауди рс3 свапнуть (360+ кобыл) всю трансимиссию с двс...но ценник будет как купить рс3:)))))

[Hemezida 21]

PS  появятся лишние 100к, и начнеться лето, спапну в ярв 3s-gte на 4 вд :)) 

[IceMaN 62]

не влезет инфа 100%...я думал про b16/b20 от хонды...и то не лезет...

в идеале бы найти двс от мини...1.6 литра...и 200+ кобыл...но он не надежный...

...

по факту ярв хорош со своим двс...ему бы коробас покороче, да побыстрее и поехал бы он нормально...а так делать корч, рубить панель...ну в общем полный эксклюзив с кучей гемора и времени...и всё равно не достать ауди рс3...я конечно прекрасно понимаю, что вложив в ярва ляма 1.5 можно приблизится к рс3, как по цене так и по динамике, но какая цель будет, если это уже не ярв, а только кузов от него...ну как москвич у нас гоняет на трасмиссии легаси с трубо хондо движкой...и рвет всех и вся:) ...но ведь это и не москвич уже совсем:) правда бюджет у космича реально смешной...т.к. руки у чела нормальные:)

Edited December 3, 2016 by IceMaN

[Hemezida 21]

ну от мини то да, но как же 4вдовость? толку от 200 кобыл + если нет зацепа?

а так, взял, отпилил морду, собрал каркас, поставил что хочешь, прикрутил: бампер, капот, крылья, и едь увлекайся)

[IceMaN 62]

20 часов назад, Hemezida сказал:

ну от мини то да, но как же 4вдовость? толку от 200 кобыл + если нет зацепа?

а так, взял, отпилил морду, собрал каркас, поставил что хочешь, прикрутил: бампер, капот, крылья, и едь увлекайся)

тогда субару будет самая дешевая и доступная переделка...

[Hemezida 21]

но жопошный опозит ну ни как) а вот 3sgte свап комплект с приводами и прочим 80к денег находил. Что не так) взял и поставил, все свое родное, тоета же Или Вы мне рассказываете о свапе 4вд на к3вет?) или на другой мотор? не на опозит?

А так формально, нам только лонжероны надо переделать, не такой уж и жестокий распил

Edited December 4, 2016 by Hemezida
коряво :)

[Yurz 1,812]

В 02.12.2016 в 14:51, caterpi11ar сказал:

Судя по наличию червяков внутри это торсен а не LSD.

Срабатывает только при пробуксовке, а не как LSD сразу при подведении мощности от двигателя.

Насколько реально сейчас заказать еще один под автомат, срок, цена?

 

1) LSD - общее название всех несвободных дифференциалов.

2) Срабатывает сразу, ибо имеет преднатяг (было 70Hm при установке)

3) Там, где заказывалось - возможно и можно, но контактов нет, ибо посредник исчез.

 

В 03.12.2016 в 17:39, Hemezida сказал:

проще Юрзу вообще было заварить диф  - вот и бюджет и эффект :)))

нет, не проще, ибо подката и личного ЯРВокуатора не имеем. Ярв передвигается самостоятельно.