Полный привод, виды и устройство
Всем добрый день, месяц отдыхал, так как забанили за шаг влево в политике, ну как обычно. Остросоциально.
Итак, полный привод. Система полного привода призвана распределять крутящий момент от коробки передач между всеми колесами. Количество колес неважно, 4 их или 16, крутящий момент будет подводиться к каждому колесу, и данные системы легко опознать по обозначению колесной формулы с двумя равными числами - 4х4, 6х6, 8х8 или 4WD (четыре ведущих колеса, 4 wheel drive). В этой теме мы не будем касаться малых элементов трансмиссии, остановимся только на основном.
Полный привод (так далее будем называть систему), бывает постоянным и подключаемым, постоянный обычно называется Full Time, а подключаемый - Part Time. Эти типы приводов довольно сильно различаются с эксплуатационной точки зрения. Парт тайм как правило более надежен, ибо он гораздо проще устроен, и применяется исключительно для улучшения внедорожных характеристик автомобиля, встречается преимущественно на грузовиках, тяжелой внедорожной технике, серьезных внедорожниках. Его главная особенность заключается в том, что его нельзя использовать на дорогах с твердым покрытием, включать привод на дополнительную ось можно ТОЛЬКО для преодоления бездорожья, во все остальное время автомобиля является моноприводным, с приводом как правило, на заднюю ось. Яркие обладатели этой системы - разные грузовики - говномесы, типа уралов и ГАЗ 66, различные исузу трупер или монтерей, фронтеры, УАЗы, из совсем свеженького - китаец TANK 300.
Системы Full Time призваны не только увеличить проходимость, но и зачастую улучшить управляемость, либо более эффективно реализовать мощность большого мотора. Поэтому его можно увидеть не только в больших внедерожниках, но и в суперкарах. Его главное отличие - постоянно включенный полный привод, без необходимости его отключать, а зачастую и без возможности. Но и у него есть очень интересный подвид, который производители называют Full Time, но лично я его отношу к Part-Time, это распространенная на разных кроссоверах и легковушках система с автоматической муфтой, но на этом мы остановимся дальше. Яркие представители фулл тайма это Нива, и всем известные системы x-drive, 4matic, quattro, некоторые системы субару и тд. Постоянный полный привод бывает симметричным и несимметричным, но на этом мы подробно остановимся далее.
Итак, парт тайм.
Данный тип привода отличается тем, что у него конструктивно отсутствует межосевой дифференциал. Дифференциал это механизм, позволяющий перераспределять крутящий момент между двумя валами давая возможность вращения валов с разными скоростями, его можно найти в любом межколесном редукторе в любом автомобиле. В межколесном редукторе он предназначен для рассинхронизации скоростей вращения ведущих колес в поворотах, так как внутреннее и внешнее колесо вращаются с разной скоростью, и если дифференциала не будет - колеса станут вращаться с одной скоростью и это крайне негативно отразится на управляемости, износе покрышек и даст огромную нагрузку на приводные валы, так как вся нагрузка пойдет на них, и если сила трения в пятне контакта колес с дорогой окажется сильнее, скручивающие усилия приведут к поломке полуосей, чтобы этого не происходило - устанавливается дифференциал.
Так вот этот дифференциал может устанавливаться не только между колес, но и между осей, тогда он распределяет крутящий момент не между двух колесных полуосей, а между двух карданных валов, на передний и задний редуктор, такой дифференциал называется межосевым. И данного дифференциала в парт тайме нет. Передний мост подключается жестко, муфтой в раздаточной коробке, и крутящий момент распределяется строго 50\50 между передней и задней осью. Соответственно колеса на передней и задней оси крутятся с одинаковой скоростью, что резко снижает поворачиваемость автомобиля, так как колеи передней и задней оси в повороте не совпадают, задняя ось будет пытаться буксовать вперед, а передняя ось будет тормозить, при этом карданные валы и сами шестерни либо цепи в раздаточной коробке будут испытывать очень большие нагрузки, и они будут тем больше, чем лучше сцепление колес с покрытием, именно поэтому в системах парт тайм запрещено использовать полный привод на твердом покрытии, можно все поломать, однако на скользком покрытии серьезных нагрузок не возникает.
Основа всех подобных систем - раздаточная коробка. Это устройство, которое распределяет крутящий момент полученный от выходного вала коробки передач между осями. Она может быть как отдельной, так и встроенной непосредственно в коробку передач, может содержать в себе только механизм подключения переднего редуктора, либо иметь дополнительно две передачи и нейтраль, как их обычно называют - пониженная и повышенная передачи, или сокращенно L и H (High и Low).
Вот типичная раздаточная коробка с двумя передачами и шестеренным приводом
Как правило эти коробки имеют три вала и три режима работы. Схема работы может различаться, но суть одна. Сверху схема классической уазовской раздатки, сверху слева в нее заходит входной вал от коробки передач, в уазе раздаточная коробка прикручена непосредственно к корпусу МКПП, далее сверху вправо идет выход на задний мост, снизу слева выход на передний мост. Все переключения осуществляются перемещением двух шестерен, одна находится на входном валу, вторая на промежуточном. На картинке включен полный привод и понижающая передача, шестерня входного вала выдвинута из зацепления с шестерней выходного вала и соединена с промежуточной понижающей шестерней, та в свою очередь через промежуточный вал и вторую подвижную шестерню раздает крутящий момент одновременно на оба выходных вала. Если верхнюю шестерню передвинуть в среднее положение, входной вал потеряет связь с остальными валами и включится нейтральная передача, если сдвинуть ее вправо, она войдет в зацепление с выходным валом заднего моста, а шестерня этого вала станет уже не принимать крутящий момент, а через промежуточную шестерню передавать его на вал переднего моста, это будет повышенная передача с включенным передним мостом. Если сдвинуть влево шестерню на промежуточном вале, шестерня вала переднего моста потеряет связь с промежуточным валом и передний привод отключится. Управлялась данная раздаточная коробка раньше двумя рычагами, позже одним, но суть одна, примерно так устроены все раздаточные коробки парт тайм с шестеренным приводом.
Бывают раздаточные коробки с цепной передачей на передний редуктор
У них нет промежуточного вала, зато есть планетарный редуктор, отвечающий за заднюю передачу, чаще всего управляются такие коробки сервоприводом. На картинке снова коробка от уаза, только теперь это корейский Dymos.
Они как правило понежнее, цепь не любит надругательств и имеет свойство растягиваться, однако завто в таких коробках значительно меньше подшипников, они тихие и КПД у них повыше.
В связи с тем, что автомобиль с парттаймом бОльшую часть жизни живет на заднем приводе, возникает проблема с излишними трансмиссионными потерями, так как передний редуктор и карданный вал продолжают вращаться вхолостую, перемешивая масло и потребляя энергию, особенно зимой. Поэтому такие автомобили часто оснащаются колесными хабами.
Колесный хаб, это устройство, позволяющее отключить ведущее колесо от полуоси механическим способом. Хабы бывают с ручным и автоматическим переключением.
Они механически разъединяют ступицу колеса и ведущую ось вот в этом месте
А делают это шлицевой втулкой, которая перемещается по шлицам полуоси при повороте рукоятки, и которая входит в зацепления со шлицами на корпусе хаба, который прикручен к ступице колеса.
Вот понятная картинка, но здесь втулка закидывается вручную при необходимости по крышку хаба, сверхбюджет вариант, зато понятно, как работает.
Автоматические хабы автоматом соединяют колесо с полуосью, когда полуось начинает крутиться, такие хабы любят всякие японцы.
Эти устройства помогают экономить топливо, снижать вибрации и экономить ресурс трансмиссии, так как в отключенном состоянии вся передняя трансмиссия находится в покое и ничем кроме веса не досаждает.
У парттайма есть простота и надежность, это лучший привод для внедорожника, который используется по прямому назначению. У него мало слабых мест, но это узкоспециализированная штука, призваная ТОЛЬКО увеличить проходимость автомобиля. Ездить по дорогам общего пользования в включенным полным приводом на парттайме не только смертельно для трансмиссии, но и опасно. Лежащие в кустах зимой патриоты с неопытными водителями, которым завод напел про "городской кроссовер", и которые не читают инструкции, изучали этот тип привода параллельно поискам нового кузова.
С парттаймом можно закончить, но не совсем, и перейти к фуул-тайму, или постоянному полному приводу.
Главное отличие фулл тайма от парт тайма - наличие межосевого дифференциала, благодаря чему появляется возможность распределять крутящий момент между осями и автомобиль даже лишается возможности отключения полного привода. Плюсы - постоянный привод на все колеса в любых условиях, что положительно сказывается на управляемости и реализации мощности двигателя на колесах, базовая проходимость автомобиля без танцев и манипуляций становится гораздо выше. Однако появляется один нюанс связанный с наличием дифференциала. Автомобилю с постоянным полным приводом и свободным дифференциалом достаточно вывесить одно любое колесо, либо попасть им на скользкую поверхность, и такой автомобиль станет беспомощным, и она начнет буксовать или крутить этим колесом стоя на месте, причем скорость вращения этого колеса будет учетверенной, так как ее сначала на два умножит межосевой дифференциал, а затем еще на два умножит межколесный дифференциал. в данной ситуации необходимо помнить, что при таком буксовании, если спидометр показал 50кмч, колесо будет крутиться со скоростью 200кмч! Это касается автомобилей, где информация о скорости берется со вторичного вала КПП либо с первичного вала либо корпуса дифференциала раздаточной коробки. В любом случае, при пробуксовке одним колесом, стоить помнить об умножении скорости, очень легко дурачки долбящие в отсечку на месте, особенно на автоматических КПП, разносят в клочья покрышки и прилегающие элементы.
Собственно примерно так выглядит раздаточная коробка фулл тайма в отдельном исполнении. Конкретно от нивы.
В глаза бросается то, что валы отбора мощности на передний и задний редуктор находятся на одной оси, приводятся они от обычного свободного дифференциала с двумя сателлитами, такого же как в редукторе моста. В этой раздаточной коробке есть две передачи, нейтраль, и одна характерная штука - блокировка межосевого дифференциала, превращающая данный привод в аналог парт тайма.
Раздаточная коробка необязательно будет висеть отдельным телом, чаще она сблокирована с КПП, либо вообще полностью в нее интегрирована. Вот например КПП с интегрированной раздачей от Audi quattro
Видим, что односкоростная раздаточная коробка вместе с передним карданным валом и редуктором встроена в один корпус с коробкой передач. Это делается из соображений веса и компактности.
Вот субару
Те же яйца, как видим. Вот мерседес 4matic, немного другое видение, но принцип тот-же
Эти компоновки имеют огромное число вариаций, но общая компоновка одна. И она единственная достойна по настоящему называться фулл - таймом, так как у нее есть межосевой дифференция и крутящий момент ВСЕГДА распределяется на все колеса.
Тут стоит уделить внимание дифференциалам, так как они бывают очень разными.
Самый обычный и самый простой дифференциал, который можно найти почти везде - свободный дифференциал с коническими сателлитами, вверху была гифка по его устройству. Главная его особенность и его недостаток - отдача мощности на ненагруженную сторону, то есть если вывесить в воздух одно колесо - второе не будет вращаться и машина будет стоять на месте. Чтобы этому противостоять, такие дифференциалы оборудуют механизмом блокировки, который отключает дифференциал. Чтобы дифференциал заблокировать - достаточно жестко соединить любую полуось или коническую шестерню с корпусом дифференциала. Как вот на картинке.
Это жесткая механическая блокировка, используется в основном в качестве заводского решения, самый лучший вариант для бездорожья, хочешь - блокируешь, не хочешь - не блокируешь. Но сам узел в виде муфты является слабым местом, и такую блокировку тоже можно "порвать" при движении по твердым покрытиям. Используется она только на внедорожниках, включается либо рычагом на старичках, либо кнопочкой
Помимо жесткой механической блокировки есть блокировки дисковые, и винтовые, автоматические, такие блокировки также связывают один выходной вал с корпусом дифференциала, однако в отличии от муфты такой механизм может обеспечивать частичную блокировку, осуществляя плавную регулировку распределения крутящего момента между осями, такие блокировки используют в основном на легковых машинах с электронными системами управления полным приводом.
Такие механизмы - лучшее решение, если не надо месить грязь, а полный привод призван улучшить управляемость, лично на мой взгляд, самый лучший вариант вообще из всех и для всего - применение самоблокирующегося дифференциала.
Самоблокирующиеся дифференциалы бывают всякие разные, в народе их называют "самоблоки", и они также делятся на две категории:
Жестко блокируемые дифференциалы, способные передать на одну ось до 100% крутящего момента
Дифференциалы повышенного трения, или LSD (limited slip differential).
Большинство жестко блокируемых самоблоков плохо применимы для повседневной эксплуатации, так как сильно осложняют управления из-за своей резкой работы, как типичный пример можно привести шариковый самоблокирующийся дифференциал и лок-райт.
Вот шариковый, у нас он известен под маркой ДАК
А вот Lock-right
Такие дифференциалы используются только в качестве межколесных на машинах для серьезного бездорожья. Они резко срабатывают, создают сложности в управлении автомобилем и имеют низкий ресурс, а еще они, в силу своей резкой блокировки, умеют ловко ломать полуоси и корпуса редукторов.
А вот дифференциалы повышенного трения - это совсем другое дело. Их степень блокировки как правило не превышает 80%, однако они не доставляют трудностей в управлении, не снижают маневренность, мягко работают и долго служат. Самая распространенная схема дифференциала повышенного трения - дисковая. Она самая простая и дешевая, используется как в легковых автомобилях, так и в кроссоверах. Она обладает очень большим ресурсом, однако и степень блокировки у нее невысокая.
В его основе лежит обычный свободный дифференциал с четырьмя сателлитами и двумя осями, только оси сателлитов не вставлены в отверстия корпуса дифференциала, а уложены между двумя упорными шайбами с фигурными вырезами под оси(7), которые укладываются в сам корпус (1). Шестерни привода полуосей (2,4) имеют шлицы для пакета фрикционных дисков, ответные фрикционные диски взаимодействуют с корпусом дифференциала. При передаче крутящего момента упорные шайбы начинают давить на оси сателлитов, и благодаря пазам с наклонным вырезом (6) начинают раздвигаться в стороны и зажимать пакеты фрикционов, связывая шестерни полуосей с корпусом дифференциала, и чем больший крутящий момент проходит через дифференциал, тем больше степень блокировки. Однако для срабатывания блокировки необходим зацеп колеса за дорожное покрытие, при сбросе газа блокировка сразу отключается. Поэтому данный тип дифференциала на бездорожье непредпочтителен, зато активно используется на легковых машинах.
Следующие типы дифференциалов являются вариациями самоблоков Torsen (Torque Sense).
Это торсен первого поколения с червячными связанными сателлитами, перпендикулярными полуосям.
Он очень часто присутствует в качестве межосевого дифференциала старых ауди. О принципе его работы лучше загуглить видео на ютубе, на пальцах объяснять неблагодарное дело. Этот дифференциал может обеспечить степень блокировки до 86% и он отличается очень точной и плавной работой, за что его и любят.
У торсена второго поколения сателлиты расположены параллельно полуосям и связаны друг с другом попарно. Их еще называют винтовыми блокировками, в качестве межосевых дифференциалов вроде как не используется.
В принципе те же яйца, только чуть проще и работает за счет увеличенного количества пар трения, их распределение указано на рисунке.
А вот торсен третьего поколения специально создан быть межосевым дифференциалом, он имеет несколько вариантов конструкции, но общим является принцип действия блокировки с использованием фрикционов, и самое главное, возможность сделать этот дифференциал изначально несимметричным. За счет цилиндрических сателлитов есть возможность сделать ведомые шестерни разных диаметров, из-за чего начинает различаться плечо приложение силы, а в планетарном исполнении, несимметричность достигается разницей в диаметре коронной и солнечной шестерен. В итоге становится возможным задать изначальное распределение крутящего момента в пропорции, к примеру 40\60, где 60% момента идет на заднюю ось, а 40 на переднюю, что крайне положительно сказывается на управляемости, а блокировка позволяет изменять это соотношение при необходимости.
Если интересно получше понять их принцип действия - лучше загуглить и посмотреть видео, наглядно все сразу станет понятно)
Ну и в завершение, упомянем самый популярный и самый распространенный на сегодня тип привода - автоматически подключаемый полный, или как я его зову - автопарттайм)
В подавляющем числе случаев это передний привод с автоматически подключаемым задним, без межосевого дифференциала и иногда с возможностью принудительного подключения. Применяется на бюджетных автомобилях с поперечным расположением силового агрегата и изначальным передним приводом. Назначение у него одно - повышение проходимости автомобиля в небольших пределах и ненадолго.
Отбор мощности для задней оси в таких система происходит от корпуса переднего межколесного дифференциала, для этого на КПП устанавливается угловой редуктор, который передает вращение на муфту включения полного привода, если она установлена на угловом редукторе, либо на карданный вал, если муфта установлена на заднем редукторе (что встречается гораздо чаще. Большую часть времени автомобиль является переднеприводным, при пробуксовке передних колес возникает разница в скоростях вращения осей и муфта соединяет карданный вал с задним редуктором автоматически, либо по сигналу блока управления полным приводом. Существует довольно много вариантов таких систем, но на всех не остановимся, возьмем только две наиболее распространенные. Это автоматическая вискомуфта и управляемая многодисковая муфта Haldex разных поколений.
Муфта по сути является многодисковым сцеплением, и различаются они скоростью включения и максимальным передаваемым крутящим моментом. Самым простым и весьма древним устройством является вискомуфта.
Она представляет собой автономное устройство, не требующее управления. Состоит из корпуса и пакета ведомых и ведущих дисков с прорезями, которые расположены поочередно. Корпус заполнен силиконовой вязкой жидкостью. При обычном режиме движения и близких скоростях вращения валов крутящий момент практически не передается, при пробуксовке передних колес, скорость вращения ведущего вала начинает опережать скорость вращения ведомого вала, возникает гидродинамическое трение между дисками и муфта начинает передавать крутящий момент. И он тем больше, чем сильнее различаются скорости валов. Данная конструкция весьма надежна и долговечна, быстро срабатывает, не требует никакой электроники, однако она может передавать лишь ограниченную мощность, не может быть включена принудительно и сильно нагревается при задействовании. Поэтому этот тип привода не подходит для преодоления затяжного бездорожья, но вполне может выручить в западне.
Другой тип привода - с управляемой многодисковой муфтой. Это по сути многодисковое сцепление с гидравлическим управлением. Наиболее распространены муфти фирмы Haldex пяти поколений. Первое поколение было автономнодействующим агрегатом с возможностью принудительного отключения по сигналу от какого-либо блока. Представляла она из себя пакет многодискового сцепления с гидравлическим приводом, в ней присутствовал электрический маслонасос, который нагнетал предварительное давление, чтобы выбрать зазоры в пакете сцепления, при пробуксовке передних колес, появлялась разница во вращении входного и выходного вала, начинал работать механический плунжерный насос, который нагнетал давление под поршень, который сжимал пакет фрикционов и крутящийся момент начинал передаваться на заднюю ось, максимум 50%.
Главной проблемой этой муфты было очень долгое включение, сначала надо было зарыться передними колесами, чтобы включились задние.
Муфта пятого поколения кардинально отличается от первого, что логично. Общим у них остался только принцип передачи момента через пакет фрикционов. Однако муфта пятого поколения стала полностью электронно управляемой, а давление масла нагнеталось мощным электронасосом, работающим постоянно.
Теперь муфта может замыкаться независимо от разности скоростей, ей полностью управляет ЭБУ по заранее заложенному алгоритму. Например, она заранее замыкается при нажатии на педаль газа. Но все равно это все костыли) И поэтому я считаю, что эти системы можно смело относить к парттайму, просто рычаг за нас дергает автоматика.
Вообще, вариантов систем существует великое множество, и нереально объять необъятное, но основное постарался собрать. Отдельно рассматривать 4matic, x-drive и тд. не вижу смысла, так как они кардинально не отличаются.
Есть еще весьма самобытные системы, такие как Quattro - ultra, но это по сути система с многодисковой муфтой стоящей перед карданным валом, и отдельной кулачковой муфтой в заднем редукторе, такое решение позволяет полностью отключить редуктор с карданным валом и экономить топливо, прямо как на парттайме, дернули рычаг и выключили хабы) вот такое вот ультра, куда ему, до торсена.. Картинку вставить уже некуда.
Ну вот и все, место кончилось, надеюсь было интересно. Пишите, о чем интересно было бы почитать, напишу, если не забанят)
Для тех, кто пропустил предыдущее, оставлю сцЫлки, ибо система с сериями постов совсем не работает..
Автомобильное сообщество
26.8K постов48.6K подписчиков
Правила сообщества
Добро пожаловать в автомобильное сообщество!
У нас запрещено:
-Публикация видео с тематикой ДТП, без описания и комментариев к нему.
-Нарушать правила сайта.
-Создавать посты несоответствующие тематике сообщества.
-Рекламировать что бы то ни было.
-Баяны не желательны (игнорирование баянометра карается флюгегехайменом).
-Заваривать ромашковый чай в костюме жирафа.
У нас разрешено:
-Создавать интересный контент.
-В сообществе разрешены авторские видео посты. Пост должен содержать, помимо самого видео, описание происходящего в нем. Авторским, будет так же считаться посты от имени ютуб каналов.
-в сообществе разрешены не авторские видео посты, только с описанием происходящего на видео.
-Участвовать в жизни сообщества.
-Предлагать темы для постов.
-Вызывать администратора или модераторов сообщества при необходимости.
-Высказывать идеи по улучшению Автомобильного сообщества.
-Изображать коняшку при комментировании.