СОВРЕМЕННЫЕ КОНСТРУКЦИИ ДИФФЕРЕНЦИАЛА TORSEN

Дифференциал Torsen является разновидностью самоблокирующихся дифференциалов. Он был изобретён в 1958 году инженером Верноном Глизманом, но патентом на производство владела фирма «Torsen», поэтому данный тип узла носит название фирмы [1]. На сегодняшний день существует три поколения этого дифференциала. Принцип работы механизма при прямолинейном движении автомобиля у всех трёх поколений одинаков. Сателлиты не совершают вращательные движения вокруг своей оси, а скорость колёс равна скорости вращения корпуса конструкции. Однако стоит рассмотреть каждый тип подробнее.

Первое поколение дифференциалов Torsen обладает самой мощной конструкцией в своей линейке. Диапазон отношений крутящего момента, в которых он работает – от 2,5/1 до 5,0/1. Сам узел показан на рис. 1.1. Червячные сателлиты 3 парно связаны с сателлитами противоположной полуосевой шестерни. Их оси 5 перпендикулярны полуоси, что является отличительной особенностью механизма. Связь между «червяками» 3 устанавливается с помощью прямозубых шестерён 6 взаимного зацепления.

Рисунок 1.1. Дифференциал Torsen T-1:

1-корпус; 2-левая полуосевая шестерня; 3-пара червячных сателлитов; 4 - правая полуосевая шестерня; 5-ось сателлитов; 6-прямозубые шестерни взаимного зацепления сателлитов

При прохождении автомобилем поворота полуосевая шестерня 2 забегающего ведущего колеса передаёт вращение на сателлит 3, находящийся с ней в зацеплении. Он в свою очередь передаёт движение через прямозубую шестерню 6 на парный сателлит, который будет крутиться в противоположную сторону. Важно знать, что сам червячный сателлит не может передавать движение на полуосевую шестерню, поэтому он начинает вращаться вокруг неё. Силы трения имеют малые значения. Таким образом, обеспечивается разность угловых скоростей [2].

При буксовании одного ведущего колеса, дифференциал стремится отдать большую часть мощности на забегающее колесо. В этот момент шестерня полуоси данного колеса передаёт вращение на сателлит противоположного полуосевого зубчатого колеса. Так как само червячное колесо не может передавать движение полуосевой шестерне и большие силы трения не дают провернуться сателлиту, возникает блокировка дифференциала.

Дифференциал Torsen второго поколения является самым распространённым в линейке. Главное их конструктивное отличие заключается в шестернях полуосей 2 и 4, которые показаны на рис. 1.2. В устройстве Torsen они трутся, и между ними устанавливается фрикционная шайба. В механизме Quaife шестерни не совмещены, и трение между ними не возможно.

Рисунок 1.2. Дифференциал Torsen T-2:

1-корпус дифференциала; 2-левая полуосевая шестерня; 3-сателлит левого ряда; 4-правая полуосевая шестерня; 5-сателлит правого ряда; 6-крышки корпуса дифференциала

Оси червячных зубчатых колёс 3 параллельны полуосям и также находятся в виде пар. Радиальные и осевые силы, возникающие от изменения крутящего момента, прижимают сателлиты и полуосевые шестерни 2 и 4 к корпусу дифференциала. Происходит блокировка механизма.

В отличие от прошлого поколения, у которого были установлены червячные полуосевые шестерни, у второго типа данного дифференциала присутствуют косозубые полуосевые шестерни. Ещё одним усовершенствованием является предварительный натяг. Заметить данную модификацию можно не на всём 2 поколении. Конструкция с предварительным натягом носит название TorsenT-2R.

По конструкции дифференциал Torsen третьего поколение похож на предыдущий тип представленной линейки. Оси червячных сателлитов располагаются параллельно полуоси. Полуосевые шестерни являются косозубыми. Главным его новшеством и отличием является планетарная структура конструкции, которая даёт некоторые преимущества.

Третье поколение существует только в качестве межосевого дифференциала. Появилась возможность сместить номинальное распределение крутящего момента. Диапазон, в котором эксплуатируется частичная блокировка, смещён. Достаточно 20-30% разницы моментов, чтобы блокировка начала срабатывать. Компактность и модернизированность конструкции являются главными плюсами данного типа.

Все три поколения узла по-своему уникальны и обладают своими плюсами и минусами. Самоблокирующийся дифференциал Torsen наделён следующими достоинствами:

- плавность и бесшумность при работе механизма

- удобность в эксплуатации

- нечастое техническое обслуживание

- быстрое срабатывание блокировки

К недостаткам относятся:

- малое КПД

- беспомощность при диагональном вывешивании

- сложность конструкции

- высокая стоимость

В целом дифференциал Torsen является одним из лучших на сегодняшний день. Современность его конструкции обеспечивает долгую и надёжную работу на любой марке автомобиля.

Широкое распространение получили не только червячные дифференциалы, но и дисковые самоблокирующиеся дифференциалы. Главной функцией механизма является осуществление блокировки фрикционными дисками во время плохого сцепления одного из ведущих колёс с поверхностью дороги [3].

Конструкция выглядит как обычный дифференциал, в который добавили пакеты фрикционных и стальных дисков 3 и 5 в соответствии с рис. 1.3.

Рисунок 1.3. Дисковый самоблокирующийся дифференциал:

1-корпус дифференциала; 2-левая полуосевая шестерня; 3-левый пакет дисковых фрикционов; 4-правая полуосевая шестерня; 5-правый пакет дисковых фрикционов; 6-ось блока сателлитов; 7-раздвижные полукольца блока сателлитов

Пакеты фрикционных дисков 3 и 5 прикреплены к полуосевым шестерням 2 и 4. Металлические диски имеют специальные выступы, которыми они связаны с корпусом дифференциала. Особое значение в этом устройстве имеет конусообразная форма сателлитов и полуосевых шестерён. При передаче крутящего момента возникают две силы: касательная и осевая. Осевая сила стремиться оттолкнуть зубчатые колёса друг от друга. Полуосевая шестерня начинает смещаться по шлицам полуоси и сцеплять фрикционные и металлические диски, прижимая их к корпусу 1. Вся система начинает вращаться как единая конструкция.

При движении автомобиля по прямой дороге без пробуксовки диски разжаты и не воздействуют на ведущие колёса автомобиля. При совершении поворота принцип действия данного механизма не отличается от обычного дифференциала. Он беспроблемно обеспечивает разную частоту вращения колёс.

Как только одно ведущее колесо теряет сцепление с дорогой, противоположное будет получать больший крутящий момент. Соответственно осевая сила отстающего колеса будет больше, что приведёт к сжатию дисков и блокировке дифференциала. Пакет дисков забегающего колеса в этот момент будет не задействован, и передача мощности будет ограничена.

В представленной конструкции дифференциала введён предварительный натяг [1]. На рисунке он представлен раздвижными полукольцами блока сателлитов 7. Принцип действия заключается в дополнительном поджимании дисков при пробуксовке колеса.

Дисковый самоблокирующийся дифференциал является конкурентом механизма Torsen. Он представляет собой надёжное и качественное устройство, что всё чаще привлекает внимание автопроизводителей.

Необычную конструкцию и принцип работы имеет самоблокирующийся дифференциал, изображённый на рис. 1.4. Когда автомобиль движется по прямой траектории, вращение от корпуса 1 через шарики 8 передаётся на полуоси 2 и 3 [1]. Шарики 8 находятся в контакте с канавками 6 и 7. В свою очередь полуоси передают движение на ведущие колёса транспорта, обеспечивая при этом одинаковые угловые скорости.

Рисунок 1.4. Самоблокирующийся дифференциал:

1-корпус; 2,3-полуоси; 4,5-полуосевые элементы, содержащие поверхности окатывания; 6,7-винтовые канавки; 8-тело качения; 9-цепочка тел качения; 10-замкнутый канал; 11-рабочая ветвь цепочки; 12,16-скругленные углы; 13-возвратная часть цепочки; 14,15-прямые ветви

При повороте автомобиля колёса будут вращаться с разными угловыми скоростями. Шарики 8 в этот момент будут передвигаться по каналу 10.

Когда одно колесо транспортного средства попадает на скользкий участок дороги, шарики 8 расклиниваются элементами 4 и 5. Происходит блокировка дифференциала, и вся мощность передается на колесо с лучшими сцепными свойствами.

Для нормального функционирования дифференциала зазор между цепочкой 9 и стенками канала 10 должен быть минимальным.

Цепочка 9 состоит из шариков 8. Она будет иметь максимальное самоторможение благодаря движению шариков 8 в процессе работы через прямые углы 16 канала 10.

Дифференциал имеет нечётное количество шариков 8. Это свойство обеспечивает свободное движение цепочки по каналу. При чётном числе шариков 8 происходит их заклинивание на углах. Дифференциал при этом не выполняет свои функции и становится неработоспособным.

Выводы

1. Большое значение для повышения проходимости транспортного средства имеет модернизация дифференциала.
2. Применение самоблокирующегося дифференциала повышенного трения позволяет использовать его положительные свойства постоянно:
   • Самоблокирующийся дифференциал повышенного трения частично устраняет пробуксовку автомобиля.
   • Самоблокирующийся дифференциал повышенного трения не нуждается в дополнительных усилий от водителя.
   • Самоблокирующийся дифференциал повышенного трения увеличивает управляемость и проходимость автомобиля.
   • Самоблокирующийся дифференциал повышенного трения взаимозаменяем со стандартными дифференциалами.

Полная блокировка не наступает, что исключает большие нагрузки на полуоси, и уменьшает вероятность поломок.