Ограниченно-скользящие дифференциалы (LSD): принцип, типы и преимущества

Ограниченно-скользящий дифференциал (LSD) позволяет двум выходным валам вращаться с разной скоростью, но ограничивает максимальную разницу между ними. Также называют: само блокирующийся дифференциал или дифференциал с блокировкой.

В статье: определение, применение, схема, типы, принцип работы, плюсы и минусы LSD.

Что такое ограниченно-скользящий дифференциал (LSD)?

Перераспределяя момент между приводными колесами, LSD дает быстрее проходить повороты. Авто использует всю мощность двигателя, минимизируя пробуксовку и макс. тракцию. Это дифференциал, позволяющий валам вращаться с разной скоростью, но ограничивающий макс. разницу между ними.

Применение

LSD коробки часты в внедорожниках и высокопроизводительных полноприводных авто. Актуальны на льду/грунте. Широко на перфоманс-авто: BMW, Audi, Lexus, Dodge, Cadillac и др.

Схема LSD

[Схема не предоставлена]

Типы ограниченно-скользящих дифференциалов

Фиксированное значение (Fixed Value LSD)

Макс. разница моментов между выходами (Trq d) = константа, независимо от входного момента или разницы скоростей. Обычно — пружинно-загруженные сцепления.

Чувствительные к моменту (Torque Sensitivity LSD)

Используют конические шестерни, сцепления или конусы. Сила зацепления шестерен/сцепления = функция входного момента (больше момент от двигателя → сильнее сцепление → Trq d падает).

Реагируют на момент на приводном валу: больше входной момент → туже сцепления/конусы/шестерни → жестче связь приводных колес. Некоторые имеют предзагрузку пружинами для минимальной связи при нулевом моменте (тормоз движком/нейтраль/сцепление отжато). Величина предзагрузки зависит износа и натяга.

Сцепление: дисковое, коническое, пластинчатое (Clutch, Cone-type, Plate LSD)

Пакет тонких дисков сцепления: половина на приводном валу, половина на носителе сателлитов. Пакеты могут быть на обоих или на одном валу. Если один — сателлиты связывают свободный вал со сцепленным. В коническом типе пакеты заменяются парой конусов, сжимаемых для того же эффекта.

2-Way, 1-Way, 1.5-Way

Три состояния входного момента: нагрузка, холостой, перебег (overrun). На нагрузке связь пропорциональна моменту. На холостом — только статическая связь (предзагрузка). Поведение на перебеге (резкий отпуск газа) определяет тип: 1-way, 1.5-way, 2-way.

2-way: одинаковый лимитирующий момент Trq d в прямом и обратном направлении. Под торможением двигателем дифференциал дает блокирующее действие.

Шестеренчатый (Geared LSD)

Червья и цилиндрические шестерни передают и делят входную мощность между двумя приводными колесами или перед/зад осями. Не путать с обычными коническими сателлитами. При нагрузке шестерни давят на стенки корпуса → трение. Ограничивающий момент Trq d создает трение, сопротивляющееся относительному движению выходов.

Чувствительные к скорости (Speed Sensitivity)

Ограничивают разницу моментов Trq d на базе разницы скоростей выходных валов. При малых разницах скоростей поведение ≈ открытого дифференциала. Лимитирующий момент растет с разницей скоростей. Динамика отличается от момента-чувствительных.

Вязкий (Viscous LSD)

Проще: гидродинамическое трение высоковязких жидкостей. Часто — силиконовые масла. Цилиндрическая камера с набором перфорированных дисков вращается синхронно с валами. Внутренняя поверхность камеры — на одном валу, внешняя — на корпусе дифференциала. В пакете половина дисков на внутренней, половина на внешней. Дифференциальное движение → диски сдвигаются друг о друге в жидкости. При удержании скорости жидкость нагревается от трения.

Электронный (Electronic LSD)

Планетарная/коническая шестерня (как в открытом дифференциале) + пакет сцепления (как в момент-чувствительном или героторном). Сила сжатия сцепления управляется внешне — компьютером/контроллером. Позволяет регулировать лимитирующий момент Trq d как часть комплексного шасси-менеджмента.

Принцип работы LSD

Обычный дифференциал достаточно в норме. На скользком (лед/грязь) нехватка тракции заставляет 보통 дифференциал крутить колесо с меньшей сцепностью. Корона и корпус дифференциала вращают сателлиты, если одно колесо на сухом, второе — на льду. Сателлиты не крутят обе полуоси.

На сухом сателлиты «гуляют» вокруг полуоси непробуксовочного колеса, будучи приведенными корпусом. Сателлиты крутят пробуксовочное колесо — авто не едет. Почти вся мощность уходит в пробуксовочное колесо. Блокировки дифференциала решают: равномерная передача момента на оба колеса с сохранением маневренности.

LSD в корпусе дифференциала ограничивает разницу RPM двух колес через две упорные шайбы и сцепление. Когда сопротивление левой полуоси > сцепления колеса, правая полуось вращается. Зубы правой сцепной половины залазят на зубы левой → две сцепные половины раздвигаются.

Упорные шайбы давят на полуоси. Трение между полуосями и шайбами приближает RPM полуосей к корпусу дифференциала. Это и есть limited-slip эффект.

Видео: работа ограниченно-скользящего дифференциала

[Видео не встроено]

Преимущества и недостатки LSD

Преимущества:

• LSD повышает перформанс и скорость за счет большей тракции
• Повышает безопасность: больше контроля у водителя
• В оффроуде/снегу обычный дифференциал отдает всю мощность пробуксовавшему колесу (низкий момент, высокие обороты), а сцепленное стоит. LSD решает это.

Недостатки:

• Сложная конструкция
• Высокая стоимость ТО

Заключение

LSD (само блокирующийся дифференциал / дифференциал с блокировкой) — лучший способ быстрее проходить повороты. Авто использует всю мощность двигателя, минимизируя пробуксовку и макс. тракцию. Позволяет валам вращаться с разной скоростью, но ограничивает макс. разницу. Статья покрыла определение, применение, схему, типы, работу, плюсы и минусы.

Надеюсь, полезно — делитесь со студентами. Спасибо, до встречи!