Как работает дифференциал на ниве
Блокировка дифференциала. Половина пути
Какие только идеи не приходят в головы изобретателей! Но, «как ни полезна вещь», ожидать, что она станет доступной для всех, в ней нуждающихся, порой просто наивно
Изобретатель
Петербургский инженер Георгий Козлов уже знаком нашим постоянным читателям. В свое время мы рассказывали о его работе над роторно-поршневым дизельным двигателем для малой авиации. На изобретение был получен европейский патент, опытный образец проходил стендовые испытания, но для доведения мотора до серийного производства не хватило ни собственных средств, ни денег родственников, ни выданной части обещанного государственного гранта. Платить за продление патента стало нечем. Наработками нашего соотечественника с удовольствием, законно и абсолютно бесплатно воспользовались западные компании.
Вывешенное колесо будет крутиться на месте, пока бензина хватит. Фото: Георгий Козлов
Но не сидится изобретателю без дела. Новое его изобретение состоялось из-за куда более «приземленного» желания порыбачить и отдохнуть в хорошей компании и в хорошем (т.е. труднодоступном) месте. Внедорожных способностей имевшейся в наличии старенькой «Нивы» явно не хватало. После изучения вопроса и относительно несложных станочных и слесарных работ машина поехала по буеракам значительно увереннее, а ее «модернизатор» получил очередной патент — на сей раз на «самоблокирующийся дифференциал с дополнительными свободными сателлитами».
Зачем это надо?
Рискуем обидеть грамотных автомобилистов, но не можем вкратце не пересказать факты из учебника для автошколы. Не все же были отличниками. У первых автомобилей ведущие оси делали целиковыми: оба колеса постоянно вращались с одинаковой скоростью. Вскоре выяснилось, что в поворотах на твердом покрытии машина ведет себя несколько «неадекватно», шины ведущих колес быстро изнашиваются, ломаются детали привода и сами оси. Примитивный анализ показал, что в повороте «наружное» и «внутреннее» колеса описывают дуги разной длины, следовательно, должны иметь разные скорости вращения. Жесткая целиковая ось не давала такой возможности, что приводило к проскальзыванию колес, а то и к поломкам в наиболее нагруженных точках. Решением проблемы стало изобретение межколесного дифференциала — механизма, при определенных условиях допускающего разные угловые скорости колес одной оси.
Фото: Георгий Козлов
Ось разрезали пополам и на образовавшиеся торцы установили конические шестерни. Между ними на общей перпендикулярной оси разместили пару сателлитов — шестеренок меньшего размера, входящих в зацепление с шестернями полуосей. Колеса получили свободу относительно друг друга. Этот набор шестерен окружили корпусом, в котором закрепили концы оси сателлитов. Теперь, вращая корпус с помощью конического редуктора или даже ремня или цепи, можно заставить колеса вращаться. Когда оба колеса едут по достаточно твердой поверхности по прямой, скорость их вращения одинакова, на кривой же, хоть горизонтальной, хоть вертикальной, механизм дифференциала обеспечивает необходимую разность угловых скоростей.
Но это достоинство дифференциала очень быстро превращается в его основной недостаток. Если одно из колес при трогании окажется на скользкой дороге, второе просто остановится. Каждому из нас доводилось буксовать на льду или глине. Знайте: основная вина за отказ автомобиля двигаться лежит не на рисунке протектора и не на крутящем моменте двигателя, а на столь полезном в других условиях дифференциале.
Фото: Георгий Козлов
Весь прошлый век автомобильные инженеры, совершенствуя конструкцию дифференциала, пытались справиться с этим его недостатком. Были разработаны разные способы сцепления при необходимости двух полуосей в одну единую ось. Очень удачной оказалась принципиально иная конструкция дифференциала со спиральными шестернями Torsen, успешно используемая в автомобилях семейства Audi Quattro на протяжении уже четырех десятков лет. Капризные дифференциалы повышенного трения, схожие по конструкции с многодисковым сцеплением, при создании жидкости, густеющей при нагревании, развились в весьма эффективные вискомуфты. Но у всех этих механизмов требования к качеству материалов и уровню производства столь высоки, что современные российские предприятия, в отличие от советских, просто не в состоянии их воспроизвести. Сегодня в Петербурге, в былые годы задыхавшемся от переизбытка машиностроительных заводов, с трудом удалось разместить заказ на изготовление примитивных прямозубых (!) конических шестерен. Не удивительно, что лидеры нашего автопрома начинают комплектовать свою продукцию самоблокирующимися узлами американского производства, а уникально успешная «Нива», оснащенная межосевым дифференциалом с принудительной блокировкой от рождения, межколесной блокировки так и не получила. Как и УАЗы всех лет и моделей. А для внедорожника, рискующего на переломах местности вывесить одно из колес, блокировка осей нужна как воздух. Помогла бы она и популярным в стране «Газелям»: негруженые, они начинают буксовать даже на мокрой траве.
Фото: Георгий Козлов
В стране, где и без того позорно малая протяженность автодорог в иные из последних лет не только не росла, но и уменьшалась, простая и недорогая межосевая блокировка колес облегчила бы жизнь очень многим водителям. И питерский изобретатель Георгий Козлов искренне верит, что у него такая конструкция получилась.
Фото: Георгий Козлов
Железо
Желающих изучить новый агрегат во всех деталях отошлем к российскому патенту № F16H 48/28. Остальных ознакомим с основными принципами его работы.
Внутри корпуса обычного конического дифференциала перпендикулярно оси сателлитов размещаем еще одну ось с двумя коническими шестернями на ней. Концы этой оси заправлены в овальные отверстия в корпусе, а шестерни имеют меньший, чем у сателлитов, диаметр, что обеспечивает их зацепление только с одной из полуосевых шестерен. При резком разгоне одного из колес новая ось «отстает» за счет инерции деталей и вязкости масла. Малая дополнительная шестерня входит в зацепление одновременно с полуосевой и сателлитом, блокируя дифференциал. При выравнивании угловых скоростей колес шестерни расцепляются под воздействием пружин. Поверх корпуса надета «управляющая муфта», в фигурные отверстия которой входят концы дополнительной оси. За счет сдвига муфты простым механическим (тросовым, например) или электрическим приводом осуществляется переключение режимов блокировки. Отверстия в корпусе и муфте совместно в той или иной степени ограничивают свободу перемещения оси. Просто и изящно!
Но внимательное изучение патента в редакции вызвало ряд вопросов. Вязкость традиционного трансмиссионного масла зависит от его температуры, следовательно, режим самоблокировки рассматриваемого узла едва ли будет стабильным. Вызвали опасения и пружины, возвращающие дополнительную ось в исходное положение: регулировка их натяжения и замена показались нам довольно затруднительными. Других изъянов при предварительном знакомстве мы не нашли.
В поле
Пришла пора опробовать новинку в действии. Опасения наши подтвердились: режим самоблокировки еще не отработан. Вероятно, потребуется синтетическое масло с высоким индексом вязкости или какое-то техническое ухищрение. Зато от принудительной блокировки удалось получить огромное удовольствие. Хотя и здесь необходимы оговорки.
В Петербурге не удалось найти ни требуемого сорта стали, ни качественной термообработки для изготовления блокирующих шестерен. Пока эта технологическая задача не решена, во избежание рискованных ударных нагрузок от включения блокировки на ходу пришлось отказаться. Подъезжаем к сложному участку дороги, останавливаемся, включаем блокировку — и в бой!
Заблокированная задняя ось испытуемой на асфальте «Ниве» не понравилась, о чем свидетельствовало характерное ее «приседание» на каждом изгибе «змейки». Ничего удивительного: не зря же придумали дифференциал. Выезжаем на грязь, близкую к топи. «Нива» — знатный «проходимец», а с межколесной блокировкой машина, кажется, обретает способность заползать на ледяные стены.
Переходим к любимому упражнению джиперов: на переломе бездорожья вывешиваем одно из колес. Блокировка выключена — «освободившееся» колесо вращается в воздухе, остальные стоят. Рычажком между сиденьями блокируем ось и как ни в чем не бывало выезжаем из канавы. Даже в нынешнем «полуфабрикатном» состоянии механизм оказался эффектным и эффективным. Даже возникла крамольная мысль: а нужна ли вообще самоблокировка? Не на офф-роудные же гонки мы собрались. А необходимость останавливаться для включения мостов и блокировок присуща многим куда более дорогим внедорожникам. Впрочем, пожелаем изобретателю дальнейших успехов в работе над изделием.
Что дальше?
Вариантов дальнейшего развития событий и конструкций несколько. Наиболее вероятный в наших экономических условиях: Георгий украсит стенку еще одним красивым патентом и в свободное время будет вывозить друзей на природу. Вполне вероятно, как это уже случилось с вертолетным роторным дизелем, его наработки помогут построить свой бизнес предприимчивым иностранцам. Но очень хочется, чтобы «собственные Невтоны» и их идеи оказались востребованы в родной стране. Тем более что вся проблема на сегодня сводится к качественным шестеренкам. Остальное при наличии пары станков можно сделать в любой мастерской.
Режимы трансмиссии 4×4: Все включено
«Подключите все, что есть, и тогда выберетесь из любого сугроба!» — такую рекомендацию частенько слышишь от владельцев вседорожников. А вот насколько это поможет, расскажет Сергей Мишин. Фото автора.
Chevrolet > Niva
Вискомуфты, «халдексы» и прочая механическая и электронная автоматика, самостоятельно подключающая полный привод и блокирующая дифференциалы, уже не редкость в трансмиссиях полноприводных автомобилей. Тем не менее на многих вседорожниках осталось ручное управление блокировками межосевых (на некоторых — и межколесных) дифференциалов. А уж переход между рядами раздаточной коробки — «ручной» непременно.
Chevrolet Niva
У любой «Нивы», будь она хоть «Шевроле», в арсенале есть две дополнительные возможности трансмиссии. Водитель сам волен решать, блокировать межосевой дифференциал или нет, и может выбрать один из двух рядов раздаточной коробки. Однако, чем больше вариантов выбора, тем больше шансов ошибиться.
ВМЕСТЕ ИЛИ ВРОЗЬ?
Вот, например, весьма распространенная рекомендация — межосевую блокировку всегда включать на обледенелых и заснеженных дорогах. Многие полагают, что благодаря ей улучшается поведение автомобиля на скользкой дороге. Проверим, замерив разгон автомобиля на льду и снегу, прохождение ледяного круга и скорость успешного выполнения переставки на укатанном снегу. Торможение юзом исключили, поскольку состояние межосевого дифференциала на тормозной путь не влияет. Попутно оценили удобство управления автомобилем и проходимость в глубоких сугробах.
Экзамен держала «Шевроле-Нива» на шинах-липучках Nokian HKPL R размерностью 205/70R15. Выписка из зачетной книжки — в приведенных таблицах.
Chevrolet Niva
Ничто не вызывает сомнений, кроме, пожалуй, разгона на льду. Наука говорит, что блокировка должна слегка улучшить разгон, однако в жизни получилось по-другому. Казус в том, что удерживать два колеса на грани пробуксовки гораздо проще, чем четыре — одновременно они резче срываются в буксование. А даже небольшое проскальзывание на льду приводит к потере эффективности разгона.
Результаты подтверждены оценками, полученными на круге и переставке, — очевидно, что маневрировать лучше при разблокированном дифференциале. А вот на прямой жесткая связь мостов слегка стабилизирует поведение автомобиля. Реальная помощь от блокировки — на подъемах, когда изменяется развесовка и разгруженный передок склонен к пробуксовке.
Итак, блокировка межосевого дифференциала на ровных скользких дорогах, за исключением движения на подъем, не дает никаких преимуществ, а в поворотах даже вредит, усложняя управляемость.
Chevrolet Niva
ВО ВРЕД.
При движении по прямой все колеса проходят пути равной длины и вращаются с одной скоростью. Соответственно блокировка здесь никак себя не проявляет. Другое дело — движение в повороте, где все колеса идут собственными траекториями, проходят разные пути и должны вращаться с различными угловыми скоростями. Чем круче поворот, тем существеннее разница. И здесь жесткая связь только вредит. Уравнивание угловых скоростей колес приводит к их проскальзыванию или пробуксовке и, как следствие, к потере траекторной устойчивости.
Интереса ради можете убедиться в этом на наглядном примере: на асфальтовой площадке выверните колеса «Нивы» до упора, включите «нейтраль» в коробке и раздатке и попробуйте протолкать машину руками до описания полного круга. Одному, возможно, будет тяжеловато, но вдвоем — запросто. А теперь заблокируйте межосевой дифференциал. Даже объединив усилия нескольких человек, не сможете сделать и четверти круга.
…И НА ПОЛЬЗУ
Теперь поговорим о проходимости, во многом зависящей от величины реализуемого крутящего момента. Он ограничен весом, приходящимся на ведущие колеса, и сцеплением их с дорогой. (Двигатель на первой пониженной передаче, как правило, способен создать куда больший момент!)
Проблемы здесь могут возникнуть в двух случаях. Первый — у колес разное сцепление с дорогой. Второй — значительное перераспределение веса (например, при движении на подъем) или потеря контакта с дорогой из-за значительных неровностей.
При подобном раскладе дифференциалы оказывают медвежью услугу — реализуемый момент определится самым «бесполезным» колесом, вплоть до нулевого момента на том, что повисло в воздухе. Тогда, чтобы автомобиль смог двигаться, межосевой «диффер» нужно заблокировать.
Вывод: блокировка необходима только на неоднородном покрытии, скользком подъеме или таких неровностях, какие способны привести к диагональному вывешиванию автомобиля.
Chevrolet Niva
ПЕРВАЯ ПОНИЖЕННАЯ
Здесь все гораздо проще. Пониженная передача нужна, лишь если автомобилю не хватает тяги — в рыхлом песке, густой грязи, на крутом подъеме либо с тяжелым прицепом на крюке.
Если момент ограничен сцеплением колес с грунтом, излишняя тяга вредна. Пробуксовка лишь усугубит положение. Трогаться в таких условиях можно, лишь ограничивая подачу газа, то есть величину крутящего момента. Пониженная передача в таких условиях зачастую может осложнить ситуацию.
Когда силы сопротивления больше сцепления, движение попросту невозможно. Тогда придется расчистить колею или убрать снег из-под машины.
Так что если ваш полноприводник буксует в снегу четырьмя колесами, берите лопату или ищите трактор. Буксует двумя — включение блокировки еще поможет. Переход на пониженную передачу оправдан, если не хватает тяги, то есть мотор не способен провернуть колеса.
Блокировка дифференциала в Шевике — не знал, а зря
Всем привет, я снова на связи и сегодня у меня для вас важная тема о блокировках. Признаюсь, в суровое бездорожье я пока еще ни разу не забуривался, а потому и даже ни разу не использовал блокировку. И вообще, до недавнего момента я смутно представлял, какие еще положения бывают в раздатке кроме пониженной передачи и нафига они нужны.
Но сегодня своими глазами увидел, как Шеви Нива буксует на льду и у неё крутится всего 1 колесо — то, которое буксует. Все остальные колеса просто стояли, не крутились. Для меня, если честно, это было сродни откровению, никогда бы не подумал, что так может быть, я лично думал, что у Нивы и Шевика все колеса всегда крутятся. Наивный юноша, что и говорить )) Но я же еще только начинаю осваивать свою Шеви Ниву и учусь всему, что не знал.
И вот водила включает штатную блокировку и о чудо — передний мост, одно переднее колеса тоже стало крутится и машина без проблем выехала со ледяной горки.
Вот так раз — подумал я и придя домой, сел изучать матчасть, с чем с вами и поделюсь.
Раздатка — понижайка и блокировка
Если не знаете, как пользоваться раздаткой, где что включается — тогда вам сюда, наглядно с фото. Сразу научитесь включать понижайку и блокировку. Причем не бездумно, а в нужные моменты.
Итак, по умолчанию на Ниве и Шевике в раздатке можно включать не только пониженную, но и добавлять к ней блокировку межосевого дифференциала. В приведенном выше примере все стало ясно, как работает эта блокировка — если застряло хотя бы одно колесо, то без блокировки ему отдается максимум — весь крутящий момент идет на одно это колесо. Все 100 процентов. Включая блокировку, мы передаем крутящий момент на другой мост(другую ось — переднюю или заднюю). Так что благодаря ей машина порой очень часто справляется не только со льдом, но и с бездорожьем — жидкая грязь сродни льду, как только колесо начинает пробуксовывать — на него идет весь момент и машина встает. Включаем блокировку, начинают крутиться колеса другой оси и машина начинает ехать.
Однако что делать, когда и другие колеса начинают буксовать? Тогда капец, никуда вы не уедете. Это называется вроде как диагональное вывешивание и поможет в этом случае лишь межколесная блокировка. Смысл думаю ясен — крутящий момент уже передается от правого забуксовавшего колеса левому и наоборот. Так сказать — еще более улучшена становится машина.
Межколесная блокировка чаще всего делается путем установки самоблокирующихся дифференциалов, которые можно поставить в передний и задний мост, а можно сразу в два, если вы фанат покорения бездора. Их короткое название, которое всем известно — самоблоки. Бывают автоматические и принудительные. Принудилово, конечно, круче, но сложнее и дороже, наверное.
Что за самоблоки такие?
Погуглил и узнал, что чаще всего ставят двух производителей — ДАК и Вал Рейсинг, Даки — чаще всего ставят на Уазы всех видов, а «Вал Рейсинги» можно установить на Ниву и Ниву Шевроле — вариант просто идеальный.
Принцип работы точно такой же, как и у межосевой блокировки, только тут момент передается между колесами — то есть буксует правое колесо — срабатывает автоматическая блокировка(ДАК и Рейсинг — они автоматические) и момент передается на стоячее левое колесо. Межколесные блокировки шибко помогают выбираться из колеи, когда, как правило, буксует 1 колесо из двух одного моста.
Все выглядит просто шикарно и мне сразу захотелось поставить себе Вал Рейсинг. Однако узнав цену — 10000 рублей за комплект(2 штуки), плюс установка тысячи 4-5, итого в 15к уже выливается установка таких самоблоков на один мост. Буду копить, штука мега полезная как по мне.
Чаще всего ставят блокировку на задний мост, однако, как утверждают профи — установка самоблоков на передний мост повышает проходимость заметнее, чем на задний. Однако тут управляемость ухудшается и прочие другие неприятности вплоть до увеличенной нагрузки на вспомогательные элементы подвески. Ничего не проходит бесследно ))
Так что если вы до их пор не использовали блокировку на своей Шеви Ниве — обязательно попробуйте, когда окажетесь в жидкой грязи. Категорически нельзя использовать межосевую на обычной трассе/асфальте, только на бездорожье.
Ну и если вы-таки хоть иногда катаетесь по бездорожью на рыбалку, охоту и пикники, то поставьте уже нормальную грязевую резину. А то очень часто вижу в городе Шевики на шоссейной резине? Зачем? Зачем ставить на Шеви Ниву обычную резину? Шеви и создана для того, чтобы передвигаться в сельской местности, а ездить на такой машине чисто по городу — нонсенс. Она и жрет бенза немало в городском цикле. Поэтому, если уж заинтересовались блокировками, то и резина должна быть зубастая. Из импортных рекомендую конечно же Гудрич (если денег много), Кумхо или Ханкук (если денег поменьше), а если уж денег в обрез — тогда только Кордиант Оффроад или кировскую К-139.
Итак, подведем итоги:
Штатная блокировка межосевого дифференциала крутящий момент передает из расчета 50 процентов на передок и 50 — на заднюю ось. Получается, при такой блокировке у вас гарантированно будет крутится одно колесо — переднее или заднее. Однако если поставить самоблок назад, то при благоприятном стечении обстоятельств у вас будет крутиться уже 3 колеса(два колеса на одной оси при межосевом блоке и одно на другой оси благодаря самоблоку). Ну а чтобы крутились все 4 — ставите самоблок еще и на передок и будет моща. Однако и стоимость доработки получается весьма приличная. Но недаром же, зайдя на любой форум оффроада в подписи посетителей, можно видеть — самоблоки установлены у 90 процентов народа, видать и правда они реально помогают.
В принципе, оно и понятно, что машина лучше выезжает из грязи, когда крутится как можно большее количество колес. И блокировки(все 3 сразу) делают возможным крутиться всем 4 колесам сразу. А если еще и резина стоит соответствующая — проходимость автомобиля повышается в разы ))
Как работает дифференциал на ниве
|
