Раздаточная коробка – использование полного привода по максимуму
Огромная популярность, которую в последнее время завоевали автомобили с повышенной проходимостью, паркетные внедорожники и кроссоверы, – не случайна. Привод на все колеса дает водителю преимущества при движении как в городе,так и на пересеченной местности. В таком автомобиле раздаточная коробка предназначена для максимальной реализации достоинств полного привода.
Что такое раздаточная коробка
В автомобилях с моноприводом крутящий момент, созданный двигателем и преобразованный коробкой передач, передается непосредственно на ведущие колеса. Если же авто имеет привод на все четыре колеса, для наиболее рационального использования крутящий момент нужно распределить между передней и задней осями. Также иногда возникает необходимость изменить количество крутящего момента, передаваемого на определенную ось во время движения.
Задачу распределения усилия от двигателя между передней и задней осями выполняет раздаточная коробка. Подобно коробке передач, она способна до определенной степени увеличить значение крутящего момента, что особенно важно при эксплуатации автомобиля в условиях тяжелого бездорожья.
Иногда этот механизм выполняет особые функции на спецтехнике (пожарные автомобили, сельскохозяйственная и строительная техника). Задача раздаточной коробки состоит в том, чтобы передать часть крутящего момента на специальное оборудование: пожарный насос, тросовая лебедка, механизм подъемного крана и т. д.
Что внутри
Раздаточная коробка, иногда называемая просто «раздаткой», устанавливается между коробкой передач и валами, ведущими к осям. Несмотря на большое разнообразие конструкций, некоторые детали раздаточной коробки имеются в любой модели:
«Раздатка» представляет собой корпус, в который входит ведущий вал двигателя, а выходят два приводных карданных вала к передней и задней осям. Устройство раздаточной коробки аналогично устройству коробки передач: ее корпус – это закрытый картер, масляная ванна которого обеспечивает смазку дифференциала и механизма блокировки. Рычаг или кнопки в салоне осуществляют переключение.
Как работает раздаточная коробка
Базовой функцией раздаточной коробки является подключение или отключение одного из мостов. В конструкции классических внедорожников и полноприводных грузовиков крутящий момент постоянно передавался на задний ведущий мост. Передняя ось, в целях экономии топлива и ресурса его узлов, подключалась только для преодоления сложных участков дороги, либо при сложных дорожных условиях (дождь, лед, снег). Этот принцип сохранен и в современных автомобилях, с той разницей, что постоянно ведущей теперь является передняя ось.
Изменение крутящего момента, его распределение между всеми ведущими осями, – это вторая по важности функция “раздатки”. Межосевой дифференциал раздает крутящий момент между передней и задней осями, при этом они могут получить равные усилия (симметричный дифференциал), либо разделенные в установленной пропорции (несимметричный дифференциал).
Межосевой дифференциал позволяет осям вращаться с разным количеством оборотов. Это требуется при движении по хорошей асфальтированной дороге для снижения износа покрышек и экономии топлива. Когда автомобиль покидает дорогу и требуется выжать из полного привода максимум, включается блокировка межосевого дифференциала: оси жестко соединены друг с другом и могут вращаться только с одинаковой скоростью. Предотвращая пробуксовку, такая схема работы усиливает внедорожный потенциал.
Следует отметить, что функция блокировки дифференциала имеется только на небольшом количестве раздаточных коробок, установленных на классические внедорожники, спецтранспорт и военные грузовики. Столь распространенные в наше время кроссоверы и паркетные внедорожники не рассчитаны на движение по действительно серьезному бездорожью, поэтому они лишены этой функции с целью удешевления.
Виды межосевого дифференциала
В раздаточных коробках применяется три различные системы блокировки межосевого дифференциала, которые устанавливают на автомобили, различающиеся по внедорожным качествам.
Фрикционная многодисковая муфта – это самый современный вид блокировки дифференциала «раздатки». Контролируемое усилие сжатия набора фрикционных дисков, примененных в муфте, позволяет распределять крутящий момент по осям в зависимости от конкретных дорожных условий. При нормальных дорожных условиях оси загружаются поровну. Если одна из осей начинает прокручиваться вхолостую (проскальзывать), фрикционные диски сжимаются, блокируя межосевой дифференциал частично или полностью. В этот момент мост, который лучше всего “держится за дорогу”, получает больше крутящего момента двигателя. Для этого актуатор дает команду электродвигателю или гидравлическому цилиндру.
Вискомуфта, или вязкостная муфта, устаревшая, но дешевая и простая в работе блокировка дифференциала. Она состоит из комплекта дисков, помещенного в корпус, наполненного силиконовой жидкостью. Диски соединяются со ступицами колес и корпусом муфты. Когда скорости мостов начинают различаться, силикон становится более вязким, блокируя диски. Недостатками устаревшей конструкции можно назвать склонность к перегреву во время работы, а также действие с запозданием.
Дифференциал Torsen, в силу ограниченной прочности, применяется на «паркетных» внедорожниках и универсалах повышенной проходимости. Как и вискомуфта, он перебрасывает крутящий момент на ось, которая меньше всего проскальзывает. Актуатор дифференциала Торсена способен распределить не более 80% тяги на загруженную ось: мост, который пробуксовывает, в любом случае будет иметь не менее 20% крутящего момента. Конструкция дифференциала состоит из червячных шестерней, за счет трения которых образуется блокировка.
Управление раздаточной коробкой
Старые внедорожники, грузовики и спецтранспорт обычно имеют ручное (механическое) управление “раздаткой”. Для подключения или отключения одного из мостов, а также для включения дифференциала или пониженного ряда используется рычаг, обычно расположенный в полу кабины рядом с рычагом КПП. Для его включения иногда требуется полная остановка автомобиля.
Более новые модели имеют ручное электрическое управление: все режимы работы раздаточной коробки выбираются при помощи кнопок на приборной панели. Если в “раздатке” есть синхронизатор, то остановка автомобиля не потребуется.
В современных автомобилях применяют автоматическое управление раздаточной коробкой. При выборе автоматического режима бортовой компьютер сам определяет пробуксовку мостов, после чего перенаправляет крутящий момент. Если нужно, включает блокировку дифференциала. Водитель может отключить автоматику и выполнять все работы на ходу самостоятельно. Рычаг управления отсутствует.
Все виды кроссоверов и универсалов повышенной проходимости имеют полностью автоматизированный механизм управления раздаточной коробкой. Водитель не может сам управлять механизмом, так как все решения принимаются электроникой.
Для чего автомобилю раздатка и как она устроена
Автомобили повышенной проходимости популярны среди автолюбителей. Разница таких машин от обычных – с приводом на одну из осей, сводится к тому, что у них ведущими являются оба моста. Это повышает вероятность прохождения сложного участка дороги (грязи, сугроба и т. д.). Сделать ведущими оба моста на автомобиле позволяет комплектация трансмиссии дополнительным агрегатом – раздаточной коробкой, или говоря по простому — раздатка.
Раздаточная коробка представляет собой редуктор, который распределяет крутящий момент по двум осям. Находится этот агрегат за коробкой передач.
На машинах повышенной проходимости используется несколько типов раздаточных коробок, отличающихся по:
Конструкций раздаточных коробок несколько, но принцип работы у всех типов одинаков.
Устройство и разновидности раздатки
Для примера рассмотрим устройство самой простой раздатки – шестеренчатого типа. Такие агрегаты уже несколько вытеснились иными типами, но при этом считаются одними из самых надежных и «настоящих» раздаточных коробок.
Состоит шестеренчатая раздаточная коробка из 4-х валов, размещенных в корпусе – ведущего, ведомого, промежуточного вала и привода второго моста. На всех валах расположены шестерни, взаимодействующие между собой.
Ведущий и ведомый валы установлены на одной оси и имеют постоянное зацепление между собой. Это дает постоянную передачу вращения на один из мостов, то есть одна ведущая ось на автомобиле работает все время.
Промежуточный вал в раздатке посредством своих шестерен, зацепленных одновременно с шестеренками ведущего вала и привода второго моста, обеспечивает передачу крутящего момента на последний, поэтому вторая ось тоже получает вращение и является ведущей.
Принцип работы такого редуктора очень прост – ведущий вал получает вращение от коробки передач, сразу отдает его на ведомый вал и через промежуточный передает крутящий момент на вал привода второго моста. Но эксплуатация машины с таким типом раздатки и постоянной подачей вращения на оба моста затруднительна, поскольку из-за жесткого соединения валов управляемость авто падает, и возникает сильная нагрузка на элементы трансмиссии.
Конструкторы решают эту проблему двумя путями – установкой дифференциала (межосевого) и оснащением узла механизмом отключения одного ведущего моста.
Дифференциал в конструкции раздатки выполняет ту же роль, что и в главной передаче – возможность вращаться валам с разными угловыми скоростями. Его наличие снижает проходимость авто из-за возможного переброса всего крутящего момента на одну ось, если вторая потеряла сцепление с дорогой, но положительно сказывается на управляемости. Для повышения же внедорожных качеств дифференциал дополнительно оснащается блокировкой.
В агрегатах же с механизмом отключения, авто в обычном режиме эксплуатации имеет один ведущий мост, а второй задействуется при надобности.
Дополнительно шестеренчатая раздатка может иметь понижающую передачу, которая повышает тяговое усилие за счет изменения передаточного соотношения в раздаточной коробке. Реализуется понижающая передача установкой дополнительных шестерен на валы. То есть, на каждом валу размещено по две шестерни разных диаметров. При введении в зацепление одних из них передаточное соотношение в агрегате равно 1:1, никакого понижения нет, но если задействовать вторую группу шестеренок, то соотношение меняется. На одних автомобилях оно составляет 2:1, на других – 2,5:1. В результате скорость движения машины снижается, но пропорционально возрастает тяговое усилие. Примечательно, что понижающую передачу используют только при включении полного привода.
Помимо шестеренчатых раздаток на машинах применяются также и цепные. В них промежуточный вал отсутствует, а вращение на приводной вал второй оси осуществляется цепью. Такая конструкция отличается меньшей металлоемкостью узла, но и по надежности уступает шестеренчатому типу.
В современных конструкциях отказались от использования дифференциалов, а их место заняли муфты – механические (синхронизаторы), фрикционные, электромагнитные, вискомуфты. На ряде авто применяются дифференциалы Torsen.
Тип привода и влияние раздаточной коробки на него
Особенности работы раздатки влияют на тип полного привода, которых всего три:
Примером постоянного полного привода является раздатка с обычным дифференциалом, оснащенным блокировкой (общепринятое название – Full Time). В автомобилях с такой системой раздаточная коробка дает постоянную передачу вращения по двум осям.
Привод, подключаемый вручную называют Part Time. В авто с такой системой привода раздаточная коробка в обычном режиме движения подает вращение только на одну ось, вторая же задействуется при потребности. В таких агрегатах дифференциал не используется, а вместо него устанавливаются муфты – механические, электромагнитные, которые подключают/отключают второй мост.
Система, использующая оба моста в автоматическом режиме – OnDemand. Применяется она на легковых автомобилях, и в этом случае раздатка направлена на повышение проходимости и на улучшение управляемости. Управление выполняется электроникой, взаимодействующей с АБС. В таких раздаточных коробках дифференциал отсутствует, а вместо него установлена муфта с электроприводом.
В системе OnDemand раздатка по умолчанию подает вращение только на одну ось. Но при возникновении определенных условий движения, электроника задействует привод муфты и происходит подключение второго моста.
Распределение момента раздатки
Распределение крутящего момента раздаточной коробкой бывает равным и неравным. В первом случае на оба моста подается вращение в пропорции 50/50. Такое распределение обеспечивает раздатка, не оснащенная дифференциалом или же с ним, но с блокировкой.
В коробках с неравным распределением соотношение разное. В раздатках Full Time и Part Time пропорции фиксированы и составляют 40/60 или 60/40.
Что касается систем OnDemand, то в них пропорции распределения «плавающие» и варьируются от 50/50 до 100/0. То есть, такие раздатки в автоматическом режиме могут равномерно распределять вращение или перебрасывать на одну ось.
Ещё кое-что полезное для Вас:
Способы управления
Раздатки, устанавливаемые на авто, имеют три способа управления:
Ручной привод раздатки – старый и примитивный. При таком приводе водитель посредством рычагов выполняет отключение/подключение второго моста, блокировку дифференциала, включение понижающей передачи.
Электропривод отличается тем, что переключения в раздаточной коробке осуществляются сервоприводами. Водитель же управляет при помощи клавиш. Это удобный тип привода, но не такой надежный, как ручной механический.
На некоторых авто встречается комбинированное управление, при котором включение/отключение второго моста выполняется сервоприводом, а понижающая передача задействуется при помощи рычага, установленного в салоне.
Электронная система управления используется в раздатках привода OnDemand. Поскольку переключения в узле осуществляются в автоматическом режиме, то никаких элементов управления раздаткой для водителя не предусмотрено.
Раздаточные коробки устанавливаются в трансмиссии по-разному. Чаще этот узел соединен с КПП, что снижает количество составных элементов трансмиссии. Но есть и авто у которых раздаточная коробка установлена отдельно от КПП, а соединяются они между собой дополнительным карданным валом.
Несмотря на единый принцип работы раздаточных коробок, особенностей их функционирования множество. На одних внедорожниках основной ведущей осью является задняя, а передняя подключаемая. Но есть машины повышенной проходимости, у которых раздаточная коробка позволяет без проблем водителю делать основным любой ведущий мост.
