LSD
Материал из SubaruWiki
LSD (англ. Limited slip differential) - Дифференциал ограниченного проскальзывания/повышенного трения.
Содержание |
Общая информация
Принцип действия LSD моста заключен в том, что имеется пакет фрикционных дисков которые через один цепляются то за полуось то за корпус дифа. Диски сжаты пружиной и проскальзывают друг относительно друга с определенным усилием. Вот это усилие и не дает колесу, потерявшему связь с дорогой бешено крутиться в то время как второе стоит на месте.
Подобная схема имеет весьма ограниченные возможности даже близко не приближаясь к 100% - ой блокировке. При этом, данный тип дифа очень капризен к качеству применяемого масла. В любом случае, масло должно быть строго для редукторов с LSD. В противном случае, фрикционы быстро засаливаются и перестают что либо блокировать. Возможно, именно с этим связано то обстоятельство, что большинство подобных дифов на подержанных машинах уже ничего не блокируют.
Проверить это можно следующим образом: включив нейтральную передачу и вывесив одно из колёс, пытаемся покрутить его. По усилию, необходимому для проворота можно судить о степени убитости системы LSD. Чем оно больше, тем лучше. Если же колесо крутиться свободно - частичная блокировка полностью мертва.
Иногда фрикционы можно тщательно помыть бензином и немного оживить. Чаще же, придется менять.
Устройство LSD
В стандартном дифференциале, когда одно из колес теряет сцепление с дорогой, вся мощность и крутящий момент передается именно на это колесо, тогда как другое бездействует. Основная идея блокировки дифференциала — распределение мощности между колесами, когда одно из колес «теряет дорогу». Существует множество различных блокировок, число которых входит и дифференциал повышенного трения L.S.D. limited-slip differential).
Собственно существует несколько основных типов дифференциалов повышенного трения:
- REACTIVE LSD
- PLATE CLUTCH LSD
- CONE CLUTCH LSD
- FERGUSON LSD(Viscous LSD)
- DIRECTIONAL LSD
- LOCKER LSD
- GLEASON (TORSEN) LSD
- QUAIFE LSD
Рассмотрим дифференциал, состоящий из сборки фрикционных дисков и колец, которые несут фунциональную нагрузку по распределению мощности между колесами.
Стандартный дифференциал:
Дифференциал с LSD:
- Корпус (Case)
Состоит из двух частей скрепленных болтами. Крышка и основная часть, внутри которой есть четыре большие проточки параллелные линии оси. Крышка крепится болтами к зубчатому венцу ведущей шестерни.
- Шестерня полуоси (Side Gears)
Эта шестерня в LSD слегка отличается от стандартной. Во-первых по центру проточена «звездочка», в которую вставляется конец оси, а во-вторых есть 6 проточек по наржному диаметру для установки фрикцоннных дисков и колец.
- Прижимные кольца (Pressure Rings)
Два больших кольца которые устанавливаются в корпусе дифференциала.
- Сателлит (Pinion Gear)
Почти не отличается от стандартного. Устанавливается на оси со специальным профилем (установка на сечение B-B на рисунке ниже), входит в зацепление с шестернями полуосей.
- Ось сателлитов (Pinion Shaft)
Как сказано выше, на оси крепятся сателлиты (сечение B-B), но кроме этого средняя часть имееет прлоскости (сечение C-C), и единственное отличие от стандартной — это наличие V-образного профиля на концах (сечение A-A). Этот профиль нужен для установки прижимных колец.
- Фрикционные диски (Friction Disks)
Эти диски имеют отверстие с 6 вырезами для крепления на шестерне полуоси. Изготавливаются из стали и имеют различную толщину 1.5 мм, или 1.6 мм.
- Фрикционные кольца (Friction Plates)
Кольца выглядят как диски, только имеют 4 выступа на внешней стороне. Эти выступы входят в пазы на корпусе дифференциала. По толщине идентичны фрикционным дискам.
- Пружинные диски и кольца (Spring Disks and Spring Plates)
Некоторые LSD имеют их, а некоторые нет. Они такие же как фрикционные диски и кольца — единственное отличие — те плоские а эти слегка вогнутые. Техническое название пружина Бельвиля (Belleville spring). Основное назначение сделать работу LSD более эффективной. Когда эта система установлена, то сборка состоит из пары диск-кольцо на каждой стороне.
Рисунок ниже показывает, как соединены фрикционные кольца, диски, придавливающие диски и шестерни полуосей.
- Последовательность сборки
- Фрикционное кольцо или пружинное кольцо
- Фрикционный диск или пружинный диск
- Фрикционное кольцо
- Фрикционный диск
- Фрикционное кольцо
- Фрикционный диск
- Прижимное кольцо (заштриховано)
- Шестерня полуоси (не показано на рисунке)
- Оси сателлитов с сателлитами (центр рисунка)
- Шестерня полуоси (не показано на рисунке)
- Прижимное кольцо (заштриховано)
- Фрикционный диск
- Фрикционное кольцо
- Фрикционный диск
- Фрикционное кольцо
- Фрикционный диск или пружинный диск
- Фрикционное кольцо или пружинное кольцо
Принцип действия
Основа — взаимодействие дисков и колец. Диск крепится к шестерне полуоси, а кольцо на корпусе дифференциала. Если шестерня полуоси крутится со скоростью, иной чем, скорость корпуса дифференциала (он приккреплен к зубчатому венцу ведущей шестерни) то возникает вращение дисков между кольцами. Принцип трения в связке диск-кольцо-масло и положен в основу действия LSD.
Причем сопротивление скольжению пропорционально приложенной силе, чем больше сила тем больше сопротивление.
Одним словом в обычном режиме передача силы происходит по схеме ведущая шестерня -> зубчатый венец, прикрепленный к корпусу дифференциала, и фрикционные кольца, которые тоже соединенны с корпусом. Прижимные кольца вращаются вместе корпусом дифференциала, и передают вращение на оси сателлитов, те в свою очередь на сателлиты, а сателлиты на шестерни полуосей.
Соответственно при потере сцепления одного колеса с дорогой возникает разница скоростей между дисками и кольцами. Давление прижимает фрикционные диски к кольцам, и как следствие увеличивается сопротивление скольжению. Если в вашем LSD нет пружин Бельвиля (Belleville spring plates and disks), то срабатывание будет происходить внезапно, а применение этого механизма делает блокировку более плавной.
Техника ремонта и восстановления
- Разблокирующее давление (Breakaway Pressure)
Разблокирующее давление определяется крутящим моментом необходимым для того чтобы диски и кольца начали скользить. На практике, это момент который образуется во время пробуксовки колес. Если приложите крутящий момент на одну ось, а другую ось заблокируете на месте, то эта ось не будет крутиться до достижения определенного давления. Затем ось начнет крутиться.
- Настройка
Собственно говоря сама эта операция проводится лишь на спортивных машинах и зависит от ряда причин: от колес, которые будут установлены, до настройки подвески. Настройка осуществляется специальными проставками причем их толщина меняется на десятые доли миллиметра. Так же имеет значение толщина фрикционных дисков и колец. В обычной машине используются стандартные диски и кольца.
- Советы по сборке и разборке
Как и в любом деле необходимо соблюдать очередность и собственно говоря разборка производится по обратному сборке алгоритму приведенному выше.
LSD 1 way/1.5 way/2 way
Многие производители дифференциалов повышенного трения делят свою продукцию в соответствии с режимом работы на 1 way, 1.5 way и 2 way. Это деление зависит от вида разреза в камере под ось сателлитов (Сателлит - зубчатое колесо планетарной передачи с подвижной осью вращения). Форма разреза непосредственно влияет на работу дифференциала.
1 way означает, что из-за формы разреза блокировка дифференциала происходит только при ускорении. Дифференциал с индексом 2 way блокируется как при ускорении, так и при торможении. Дифференциал 1.5 way также как и 2 way блокирует и при ускорении и при замедлении, но блокировка при замедлении имеет более "мягкий" характер. Этот тип обеспечивает "щадящую" блокировку при торможении и лучше всего подходит для новичков, и менее эффективен, чем 2 way в профессиональном автоспорте. Самое эффективное применение данного типа - это ведущая ось переднеприводного автомобиля.
- Применение типа 1.5 way целесообразнее всего на автомобилях для дорог общего пользования. Более мягкая блокировка при торможении позволяет плавно "смещать" автомобиль в повороте при замедлении (чем при использовании типа 2 way).
- Применение типа 2 way обеспечивает оптимальную блокировку при ускорении и замедлении. Идеально подходит для дрифтинга, особенно для пилотов, которые предпочитают постоянную блокировку при прохождении поворотов. Основное применение типа 2 way - автоспорт.
Немного о типах дифференциалов LSD
По принципу действия, самоблокирующиеся дифференциалы можно подразделить на два основных типа: Speed sensitive – срабатывающих при возникновении разницы в угловых скоростях вращения полуосей. Torque sensitive – срабатывающих при падении усилия (крутящего момента) на одной из полуосей.
SPEED SENSITIVE LSD
- Автоматическая блокировка с использованием Вискомуфты в качестве "Slip Limiter"
В данном случае применяется блокировка одной из полуосей с чашкой дифференциала. Вискомуфта монтируется соосно полуоси таким образом, что один её привод жестко крепится к чашке дифференциала, а другой – к полуоси.
При нормальном движении угловые скорости вращения чашки и полуоси одинаковые, либо незначительно отличаются (в повороте). Соответственно, рабочие плоскости вискомуфты имеют такое же небольшое расхождение в угловых скоростях и муфта остаётся разомкнутой. Как только одна из осей начинает получать более высокую угловую скорость вращения относительно другой, в вискомуфте появляется трение и она начинает блокироваться. Причем, чем больше разница в скоростях, тем сильнее трение внутри вискомуфты и степень её блокировки, а следовательно и степень блокировки дифференциала. За счет полученного момента трения между чашкой дифференциала и полуосью, дифференциал перераспределяет крутящий момент в пользу оси с наилучшим дорожным сцеплением (отстающую полуось).
По мере увеличения степени блокировки вискомуфты и выравнивания угловых скоростей чашки и полуоси, трение внутри вискомуфты начинает падать, что ведёт к плавному размыканию вискомуфты и к отключению блокировки.
Данная схема применяется для межосевых дифференциалов, так как её конструкция слишком массивна для установки на мостовой редуктор. (Схема на картинке) Подобный механизм блокировки хорошо подходит для эксплуатации в условиях плохого дорожного покрытия, однако, в условиях настоящего бездорожья его способности далеко не выдающиеся: вискомуфта не справляется с постоянными сменами состояний сцепления мостов с грунтом, запаздывает при включении, перегревается и выходит из строя. Данный тип блокировки межосевого дифференциала можно встретить как в качестве основного и единственного средства блокировки на «паркетных» внедорожниках: Toyota Rav4, Lexus RX300 и.т.п., так и в качестве дополнительной блокировки (в дополнение к 100%-ой принудительной блокировке) на полноразмерных внедорожниках Toyota Land Cruiser
- Героторный дифференциал (Gerodisk или Hydra-lock)
Американская компания ASHA Corp. снабдила классический дифференциал устройством блокировки, состоящим из масленого насоса с поршнем и комплекта фрикционных пластин (фрикционного блока), установленного между чашкой дифференциала и шестерней одной из полуосей. Принцип действия данной блокировки практически ни чем не отличается от рассмотренной выше блокировки при помощи вискомуфты.
Масляный насос монтируется соосно полуоси таким образом, что его корпус крепится к чашке дифференциала, а нагнетающий ротор – к полуоси. При возникновении разности в угловых скоростях полуоси и чашки дифференциала, насос начинает нагнетать масло на поршень и сдавливать фрикционный блок, блокируя тем самым шестерню полуоси с чашкой дифференциала. За счет полученного момента трения, дифференциал перераспределяет крутящий момент на отстающую полуось (полуось с наилучшим сцеплением).
Данная конструкция получила название Gerodisk (Hydra-Lock) и штатно устанавливается на внедорожники Chrysler. Детальную компоновку устройства можно увидеть, кликнув на картинку. Практически для всех friction based дифференциалов необходимо применять специальное масло, которое содержит присадки, обеспечивающие нормальную работу фрикционных блоков.
TORQUE SENSITIVE LSD
- Дифференциалы с фрикционными блоками предварительного натяга
Устройство таких дифференциалов довольно простое и принципиально ни чем не отличается от устройства обычного открытого дифференциала. Для создания дополнительного трения, между полуосями и чашкой дифференциала добавлены комплекты блоков фрикционных пластин (которые помечены на картинке справа красными точками). Именно поэтому, подобные дифференциалы часто именуют "friction based LSD". Довольно часто, фрикционные блоки подпружинивают. Когда начинается забегание одной из полуосей (буксование колеса), дифференциал перераспределяет крутящий момент в пользу отстающей полуоси за счет момента трения на фрикционных пластинах. Данный тип блокировки имеет очень большой недостаток – под действием трения пластин дифференциал препятствует возникновению даже небольшой разницы в угловых скоростях полуосей (которая необходима в поворотах), что негативно влияет на управляемость автомобиля, а так же на расход покрышек и топлива. В связи с этим, коэффициент блокировки данных дифференциалов обычно выбирают небольшим (иначе, автомобиль будет иметь неадекватную управляемость на дороге).
Тем не менее, для автоспорта выпускаются модели таких дифференциалов с довольно высоким конструктивно заложенным трением пластин и соответственно высоким коэффициентом блокировки. Помимо вышеперечисленных недостатков, можно выделить еще один – срок службы фрикционных блоков в таких дифференциалах небольшой и со временем, фрикционные блоки изнашиваются, снижая тем самым коэффициент блокировки дифференциала. Для всех friction based дифференциалов необходимо применять специальное масло, которое содержит присадки, обеспечивающие нормальную работу фрикционных блоков. Данные дифференциалы штатно устанавливаются в задний мост многих внедорожников - Toyota 4Runner (Hilux Surf), Toyota Land Cruiser, Nissan Terrano, Kia Sportage и.т.п.
- Самоблокирующиеся дифференциалы с гипоидным (червячным или винтовым) и косозубым зацеплением
Это одна из самых интересных, эффективных, технологичных и практически применяемых форм блокировки дифференциалов. Принцип работы основан на свойстве гипоидной или косозубой пары "расклиниваться" . В связи с этим, основные (или все) зацепления в таких дифференциалах косозубые или гипоидные. Разновидностей конструкций не так уж и много - можно выделить три основных типа.
Первый тип производит компания Zexel Torsen [1]. (T-1) Гипоидными парами являются шестерни ведущих полуосей и сателлиты. При этом каждая полуось имеет собственные сателлиты, которые парно связанны с сателлитами противоположной полуоси обычным прямозубым зацеплением. Следует отметить, что 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 регулируется углом наклона зубцов червяка.
Автором второго типа является англичанин Rod Quaife[2]. В данном дифференциале используются косозубые шестерни полуосей и винтовые шестерни сателлитов. 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 (на картинке слева). Подобное устройство имеет и дифференциал True Trac компании Tractech[3]. Даже у нас в России появилось производство аналогичных дифференциалов под отечественные автомобили УАЗ и.т.д. А вот компания Zexel Torsen[4] в своём дифференциале T-2 предложила немного другую компоновку по сути, того же устройства (на картинке справа). Благодаря своей необычной конструкции, 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 разнице передаваемого момента и срабатывают раньше (начиная от 1.4/1). Компания Tractech недавно выпустила мостовой torque sensitive дифференциал Electrac, снабженный принудительной электроприводной блокировкой.
Третий тип производится компанией Zexel Torsen (Т-3) и 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, используемый на 4Раннере 4-го поколения дифференциал Т-3 имеет номинальное распределение момента 40/60 в пользу задней оси. Соответственно, смещен и весь диапазон работы частичной блокировки: от (front/rear) 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 обеспечивает 20-30% перераспределение передаваемых на полуоси моментов. Так же, подобная структура дифференциала делает его компактным, что в свою очередь, упрощает конструкцию и улучшает компоновку раздаточной коробки.
Вышеописанные дифференциалы очень популярны в автоспорте. Более того, многие производители устанавливают такие дифференциалы на свои модели штатно, как в качестве межосевых, так и межколёсных дифференциалов. Например, Тойота устанавливает такие дифференциалы как на легковые автомобили (Supra, Celica, Rav4, Lexus IS300, RX300 и.т.д), так и на внедорожники (4Runner (Hilux Surf), Land-Cruiser, Mega-Cruiser, Lexus GX470) и автобусы (Coaster Mini-Bus). Данные дифференциалы не требуют применения специальных присадок к маслу (в отличии от friction-based дифференциалов), однако лучше использовать качественное масло для нагруженных гипоидных передач.
