Как сделать машину с крутящимися колесами
Дифференциал — это механическое устройство, которое передает крутящий момент с одного источника на два независимых потребителя таким образом, что угловые скорости вращения источника и обоих потребителей могут быть разными относительно друг друга. Такая передача момента возможна благодаря применению так называемого планетарного механизма. В автомобилестроении, дифференциал является одной из ключевых деталей трансмиссии. В первую очередь он служит для передачи момента от коробки передач к колёсам ведущего моста.
Свободный дифф. (то есть без каких либо блокировок) 1 — полуоси, 2 — ведомая шестерня, 3 — ведущая шестерня, 4 — шестерни полуосей, 5 — шестерни сателиты
Почему для этого нужен дифференциал ? В любом повороте, путь колеса оси, двигающегося по короткому (внутреннему) радиусу, меньше, чем путь другого колеса той же оси, которое проходит по длинному (внешнему) радиусу. В результате этого, угловая скорость вращения внутреннего колёса должна быть меньше угловой скорости вращения внешнего колеса. В случае с не ведущим мостом, выполнить это условие достаточно просто, так как оба колеса могут не быть связанными друг с другом и вращаться независимо. Но если мост ведущий, то необходимо передавать крутящий момент одновременно на оба колеса (если передавать момент только на одно колесо, то возможность управления автомобилем по современным понятиям будет очень плохой). При жесткой же связи колёс ведущего моста и передачи момента на единую ось обоих колёс, автомобиль не мог бы нормально поворачивать, так как колеса, имея равную угловую скорость, стремились бы пройти один и тот же путь в повороте. Дифференциал позволяет решить эту проблему: он передаёт крутящий момент на раздельные оси обоих колёс (полуоси) через свой планетарный механизм с любым соотношением угловых скоростей вращения полуосей. В результате этого, автомобиль может нормально двигаться и управляться как на прямом пути, так и в повороте.
Однако, ввиду физики устройства, у планетарного механизма есть очень нехорошее свойство: он стремится передать полученный крутящий момент туда, куда легче. Например, если оба колеса моста имеют одинаковое сцепление с дорогой и усилие, необходимое для раскручивания каждого из колёс одинаковое, дифференциал будет распределять крутящий момент равномерно между колёсами. Но стоит только появится ощутимой разнице в сцеплении колёс с дорогой (например, одно колесо попало на лёд, а другое осталось на асфальте), как дифференциал тут же начнёт перераспределять момент на то колесо, усилие для раскрутки которого наименьшее (то есть на то, которое находится на льду). В результате, колесо, находящееся на асфальте перестанет получать крутящий момент и остановится, а колесо, находящееся на льду примет на себя весь момент и будет вращаться с увеличенной угловой скоростью, причем планетарный механизм будет играть роль редуктора, повышающего скорость вращения этого колеса. Естественно, это явление сильно ухудшает проходимость и управляемость автомобиля. Ведь по логике вещей, в рассмотренной ситуации момент желательно передавать на колесо, расположенное на асфальте, чтобы автомобиль мог продолжить движение.
В полноприводных автомобилях дифференциалом обычно оборудованы два моста, а зачастую дифференциал можно обнаружить еще и между мостами (межосевой дифференциал). Таким образом, мы получаем схему трансмиссии, в которой присутствуют целых три дифференциала: два мостовых и один межосевой. Последний необходим для постоянного движения с полным приводом и передачей момента на все четыре колеса. Ведь в повороте колёса рулевого моста (обычно переднего) имеют совсем другие угловые скорости, нежели чем колёса заднего моста. Межосевой дифференциал призван передавать крутящий момент от коробки передач к обоим ведущим мостам с разным соотношением угловых скоростей. Такая схема с тремя дифференциалами является одной из самых распространённых схем для постоянного полного привода (Full time 4WD).
Основной целью блокировки дифференциала является передача необходимого крутящего момента обоим его потребителям (полуосям или карданам). Существуют принципиально разные методы решения данной задачи.
Максимально понятные видео про принцип работы дифференциала. Жаль что не на русском.
1. Полная (100%-я) ручная блокировка.
При таком типе блокировки, дифференциал фактически перестаёт выполнять свои функции и превращается в простую муфту, жестко связывающую полуоси (или карданы) между собой и передающую им одинаковый крутящий момент с одинаковой угловой скоростью. Для того, чтобы полностью заблокировать классический дифференциал, достаточно либо заблокировать возможность вращения сателлитов, либо жестко соединить между собой чашку дифференциала с одной из полуосей. Такая блокировка как правило реализована при помощи пневматического, электрического или гидравлического привода, управляемого водителем из салона автомобиля. Применяется как для мостовых, так и для межосевых дифференциалов.
2.1 Самоблокирующиеся дифференциалы с гипоидным (червячным или винтовым) и косозубым зацеплением (Более известные как Торсен)
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.
Схема работы Торсена T-1:
2.1.2 Type — 2
Автором второго типа является англичанин Rod Quaife.
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. Даже у нас в России появилось производство аналогичных дифференциалов под отечественные автомобили УАЗ и.т.д. А вот компания Zexel Torsen в своём дифференциале T-2 предложила немного другую компоновку по сути, того же устройства. 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).
Принцип работы Торсен T-2:
2.1.3 Type — 3
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.
2.2 Speed sensitive differentials
Это то что мы привыкли называть именно LSD или Дифференциал повышеного трения (Хотя под это понятие попадают все самоблоки).
Устройство таких дифференциалов довольно простое и принципиально ни чем не отличается от устройства обычного открытого дифференциала. Между полуосями и чашкой дифференциала добавлены комплекты блоков фрикционных пластин.
Полуоси находятся в скользящем зацеплении с одной группой дисков (на картинке диск "В"), а корпус дифференциала с другой (на картинке диск "А"). Ось сателлитов заключена в камеру, созданную парой нажимных колец. Нажимные кольца находятся в скользящем зацеплении с корпусом. Передача момента от двигателя к полуосям происходит через распорные кольца, посредством зацепления дисков "А" с дисками "В". При появлении крутящего момента ось сателлитов "распирает" нажимные кольца, которые в свою очередь прижимают диски "В" к дискам "А". Таким образом, обе полуоси ведущего привода равномерно распределяют момент между колёсами. Степень прижима (блокировки) зависит от величины переданного двигателем крутящего момента. Этот эффект ограничивает проскальзывание разгруженного в сильном повороте колеса. Обеспечивая блокировку при ускорении и торможении, дифференциал повышенного терния работает как обычный при отсутствии передаваемого двигателем момента.
Виды дифференциалов повышенного трения (1 way, 1.5 way и 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. Форма разреза непосредственно влияет на работу LSD. 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.
Несколько видео про LSD, более понятных видео на просторах интернета найдено не было, если кто поделиться, буду благодарен.
2.3 Кулачковые и зубчатые автоматические блокировки.
Наименее интересные для нас самоблоки, так как имеют малое отношение к тюнингу и автоспорту.
Принцип работы этих блокировок достаточно прост. Вместо классического шестеренчатого планетарного механизма используются кулачковые или зубчатые пары, которые при небольшой разнице в угловых скоростях полуосей имеют возможность взаимно проворачиваться (перескакивать), а при пробуксовке заклиниваются и блокируют полуоси друг с другом. Нетрудно себе представить, что происходит с автомобилем при срабатывании такой блокировки в повороте.
Некоторые экземпляры просто отключают одну из полуосей в момент возникновения небольшой разницы скоростей. Именно поэтому, штатно такими блокировками оборудуются только дифференциалы военной и специальной техники (БТР и. т. п.)
2.4 Заварка) Или тупо завареные сателиты)
Этот вариант для тех, у кого нет денег на самоблокировку, но очень хочется ездить боком, дрифтить и прочее)
Во время движения автомобиля иногда создается ощущение и можно увидеть, что колеса машины находятся как-бы в неподвижном состоянии или вращаются в обратную противоположную сторону. Почему так происходит? Вы знаете друзья? Давайте сегодня вместе разберемся в принципах этой загадочной оптической иллюзии, которую мы часто с вами можем наблюдать у машин на автодороге.
Смотрите также: Как работают различные типы дифференциалов
Мы наверняка с вами не раз наблюдали на дороге или видели по телевизору, а также в роликах Интернета, как колеса автомобиля вопреки законам физики вращаются в обратную сторону, несмотря на движение автомашины в противоположную сторону. Возможно что эта иллюзия многих из вас озадачила. Самое удивительное здесь вот что, когда автомобиль трогается с места его вращение колес может изначально казаться нам вполне нормальным и естественным. То есть вращение колес у машины происходит действительно в правильном направлении. Однако, как только такое вращение колес достигает определенной скорости, то спицы или лучи колесных дисков начинают иногда двигаться как-бы в другую сторону или вообще перестают вращаться. Что же с ними такое происходит?
Эта оптическая иллюзия демонстрирует всем нам, как работает наша функция зрения и как мозг может интерпретировать и обрабатывать поступившею к нему информацию получаемую именно от органов зрения. Наши глаза способны работать на предельной частоте 200 кадров в секунду при обработке нормального статичного изображения. Но когда дело доходит до фиксации и обнаружения любого движения, то согласно проведенных исследований было установлено, что зрительная система человека может обнаруживать изменение в движении (например вращение колеса) только со скоростью 13 кадров в секунду.
Хотя, как мы уже вначале сказали, наши глаза и мозг могут обрабатывать информацию с наиболее большей частотой кадров. Но информацию именно о движении объекта наш мозг обрабатывает только со скоростью 10 - 15 кадров в секунду. Хотя учеными было установлено, что эта скорость обработки информации человеческим мозгом, получаемая от органов зрения, может быть увеличена человеком с помощью специальных тренировок.
И так друзья, давайте на примере вращения того же колеса узнаем все по-подробней, как все-таки работает наше зрение и как обрабатывает поступающую от него информацию наш мозг. Предположим, что автомобильное колесо имеет четыре спицы или четыре луча на колесном диске, которые расположены по отношению друг к другу под углом 90 градусов. А теперь представим, что один из лучей на диске повернут на 12 часов (если представить этот колесный диск в виде циферблата часов). Теперь давайте представим с вами вращение колеса по часовой стрелке. Представили.
Так вот, если колесо на небольшой скорости будет двигаться вперед, то соответственно луч, расположенный в положении 12 часов переместиться на положение 2-х часов. В этом положении наш мозг и будет обрабатывать поступающую к нему информацию от органов зрения, как отдельно взятый кадр. В этом случае мы с вами будем видеть воочию не отдельные кадры, а непрерывную картинку движения колеса в привычную нам сторону при движении автомобиля вперед.
Однако в том случае, если колесо у машины будет вращаться с большей увеличенной скоростью, то наш с вами мозг будет уже не успевать обрабатывать каждый получаемый им кадр информации о вращении колесного диска. То есть, интервал вращения спиц или лучей колесного диска расположенных под углом 90 градусов, будет попадать в тот момент когда наш мозг не будет успевать обрабатывать предыдущие кадры соответственно, на 3 (три), 6 (шесть), 9 (девять) и 12 часов. В итоге при определенной скорости вращения колес нам с вами может показаться, что колесные диски остановились несмотря на движение автомашины.
То есть, иными словами, наш мозг запомнив первоначальное положение колесных спиц или лучей на диске из-за низкой скорости и обработки информации (в среднем 13 кадров в секунду), не успевает обрабатывать каждый последующий кадр и думает что колесо стоит на месте.
При увеличении скорости вращения колес начинает проявляться обратный эффект зрения и неэффективности обработки визуальной информации нашим мозгом, который заключается как-раз в том, что нашему мозгу начинает казаться, что центральная спица или луч колесного диска распологавшийся ранее на положении 12 часов, после каждого круга вращения будет смещаться против часовой стрелки на 1 час назад, то есть на 11 часов по циферблату. В итоге после обработки информации мозгом он будет ошибочно думать, что колесо вращается в обратном направлении.
Вот почему несмотря на движение машины вперед наш мозг интерпретирует такое движение колес на определенной скорости в обратную сторону. А дело тут как-раз в нехватке скорости обработки зрительной информации.
То же самое происходит и при просмотре видео по телевизору или в Интернете, на котором снято движение автомобиля со скоростью 50 кадров в секунду. В идеале мы с вами видим правильное вращение колес на таком видеоролике при скорости полного оборота вращения колеса меньше 1/50 доли в секунду. Как только скорость вращения колеса сравняется со скоростью работы камеры или станет выше, то естественно камера снимающая ролик будет уже не успевать фиксировать полное вращение колесных спиц или лучей диска и нам будет казаться, что вращение колеса либо прекратилось, либо оно, это колесо, несмотря на движение машины вперед начало вращаться в обратную сторону.
Такой же аналогичный эффект вы можете увидеть и при работающих лопастях вертолета или при движении пропеллеров у авиадвигателей.
Автомобилисты, только недавно сдавшие на права и не имеющие за плечами достаточного опыта, представьте себе такую картину: выходите вы утром к своему автомобилю, снимаете его с сигнализации, садитесь и с полной уверенностью, что все пойдет по обычному сценарию (десятки раз до этого все же было хорошо), вставляете ключ в замок зажигания, поворачиваете его, и… ничего не происходит!
Ключ не может провернуться в замочной скважине, а рулевое колесо не сдвигается ни влево, ни вправо. Вот так дела! Что же делать?
Не стоит преждевременно паниковать. На самом деле не все так плохо, как кажется на первый взгляд. Ведь, вероятнее всего, никакой поломки нет, просто сработала штатная блокировка рулевого колеса: встроенная функция безопасности во многих автомобилях (малоэффективная против настоящих угонщиков). Сейчас объясним, что делать, если это произойдет.
Что такое штатная блокировка руля?
Существуют разные типы замков руля, грубо их можно разделить на две крупные категории:
Нештатные блокираторы рулевого вала. О них мы сегодня говорить не будем, отметим лишь то, что устанавливаются они как доп. опция по желанию владельца за дополнительную плату. Если вы приобретаете б/у автомобиль, не лишним будет спросить, установлен ли такой блокиратор на руль, или КПП, или на педальный узел…
- кронштейна стержня блокировки;
- личинки замка со специальной проточкой
Когда ключ вынимают из замка зажигания и немного поворачивают руль, выдвигается стержень блокировки (обычно сделан из силумина или другого не очень прочного материала) и рулевое колесо фиксируется в одном положении. Это не позволяет повернуть руль, если в замок зажигания не вставлен ключ.
Уверены, многие пользователи автомашин, у которых есть или был автомобиль в семье (даже если они сами не сидели за рулем), знают, что подобный блокиратор стоит на всех авто и как он блокирует рулевую колонку с характерным приглушенным щелчком после вынимания ключа.
И совсем другое дело, если автомобиль впервые появляется у человека, а до этого он ездил только на такси и с друзьями. Такого нюанса новоиспеченный автовладелец может и не знать.
Когда срабатывает блокировка рулевой колонки?
Блокировку рулевого колеса можно активировать, например, когда вы выходите из автомобиля или принудительно повернув руль приблизительно на четверть оборота. Но только после того, как заглушили автомобиль и вынули ключ из замка зажигания. При этом из рулевой колонки послышится несильный щелчок. Руль заблокирован.
К счастью, есть действенное решение, не требующее никаких инструментов или навыков. Вот миниатюрная инструкция:
Не прекращая повороты руля, попробуйте повращать ключ в замке; очень скоро стержень блокировки выйдет из зацепления и руль освободится, а замок зажигания можно будет повернуть дальше;
Со стороны это выглядит примерно так:
Как сделать пробуксовку колес стоя на месте (burnout)
Burnout – пробуксовка, на профессиональном сленге означает, прогрев резины на автомобиле стоящем на месте, то есть пробуксовка самих покрышек и трение их об асфальт. В результате соприкосновения шин с твердой поверхностью асфальта они начинают быстро разогреваться и из-под ними появляется дым.
Burnout, так называемая пробуксовка – используется перед заездами на треке драг-рейсинга для лучшего сцепления покрышек с дорогой, а также для лучшей и более стабильной управляемости очень мощным автомобилем на раллийном треке.
Из разряда необходимого действия burnout-пробуксовка довольно быстро перешла в разряд своеобразного развлечения, став, таким образом, элементом определенного шоу, где его участниками показывается более высокий уровень управления автомобилем с использованием всех его возможностей.
Для бернаута, т. е. для пробуксовки, необходимы следующие условия:
1. Достаточно мощный автомобиль, чтобы разогреть покрышки, а иначе колеса не смогут вращаться с высокой скоростью.
2. Автомобиль обязательно должен быть технически исправен. Во время применения этой техники на практике нагрузки на двигатель, на тормозную систему, на подшипники ступиц колес и на подвеску достигают максимально экстремальных значений.
3. Должно быть личное осознание владельцем автомобиля следующего факта: что такой разогрев резины может привести, а иногда и приводит к серьезным техническим поломкам.
Внимание. Статья написана с одной лишь целью, а именно: чтобы показать основы техники burnout- пробуксовки. Она ни в коем случае не призывает автомобилистов к действию. Любые попытки использовать эту гоночную технику в каких-то развлекательных или профессиональных целях могут привести к серьезным поломкам автомобиля. Также этот вид деятельности может быть опасен как для самого водителя, так и для окружающих. Данный метод пробуксовки ни в коем случае не должен применяться в местах скопления большого количества людей, а также и на дорогах общего пользования. Это является обязательным требованием ко всем автомобилистам.
I. Убедитесь в том, что ваш автомобиль подходит для пробуксовки-burnout. Он должен обладать достаточным количеством лошадиных сил. Для этого обычно подходят такие машины, у которых количество цилиндров по факту больше четырех, которые оборудованы механической коробкой передач. А для большего эффекта необходимы еще и гладкие покрышки, которые имеют большую площадь так называемого пятна контакта с поверхностью асфальта, которые и смогут выдать много зффектного дыма.
*Если ваш автомобиль имеет автоматическую трансмиссию, то использовать бернаут-пробуксовку категорически запрещено. Она приведет к разрушению трансмиссии и дорогостоящему ремонту самого автомобиля.
Автомобили с задним приводом
II. Включите первую передачу, далее полностью выжмите сцепление и постепенно начинайте повышать обороты двигателя. Быстрым, но плавным движением начинайте отпускать педаль сцепления, при этом не переставая нажимать на газ.
Внимание. Чтобы обороты не уходили в красную зону, работайте с педалью газа очень аккуратно, не нужно вжимать ее до конца в пол. Идеальная техника исполнения показана в следующем видео (1.00 минута видео). Играйте с педалью газа, попеременно нажимая на нее то сильнее, то слабее, при этом постоянно держа высокие, но и безопасные для двигателя обороты.
Средний диапазон этих оборотов должен находиться в пределах 3500 - 4500 тыс. оборотов в минуту. На современных автомобилях этот диапазон наиболее близок к пику крутящего момента.
После того как сцепление полностью отпущено, перенесите свою левую ногу на тормозную педаль. Для того чтобы нажать с нужным усилием левой ногой на педаль тормоза, необходима определенная практика. С первого раза (да иногда и с десятого) это сделать очень сложно.
Тормозное усилие при этом должно быть более чем достаточным, и это нужно для того, чтобы задние колеса машины продолжали по-прежнему свободно вращаться, а сам автомобиль при этом оставался бы на месте или продолжал бы двигаться очень медленно вперед.
Внимание. Попытки впервые сделать burnout-пробуксовку, естественно, будут изначально раз за разом неудачны, и это будет продолжаться до тех пор, пока вы не научитесь чувствовать мельчайшие нюансы поведения автомобиля. В этом случае существует вероятность перегрева самого сцепления, вплоть до его выхода из строя. Так что постарайтесь следить за появляющимися необычными и посторонними запахами в салоне машины, а также и за самим поведением автомобиля, когда включаете коробку передач и выжимаете сцепление, именно в момент схождения дисков сцепления.
Переднеприводные автомобили
III. На переднем приводе делать burnout-пробуксовку несколько проще, чем на заднем приводе. Для этого необходимо зажать стояночный тормоз, далее поднять обороты двигателя и так же плавно и быстро отпустить педаль сцепления. В результате такого быстрого (почти моментального) набора скорости вращения передних колес автомобиль не поедет вперед и не заглохнет; оставшись на одном месте он начнет выпускать из-под своих покрышек вожделенные и долгожданные клубы дыма.
На переднем приводе делать бернаут-пробуксовку намного проще. Но при этом есть один важный нюанс, а именно: ручник у автомобиля обязательно должен быть исправен, он должен быть способен удерживать автомобиль на одном месте.
Под капотом недостаточно мощности
IV. Если автомобиль не имеет достаточной мощности для подобных экспериментов, то на этот случай у знатоков в запасе имеются некоторые припасенные трюки, которые помогают на сто процентов сорвать колеса машины в пробуксовку.
1. Облегчите ваш автомобиль, особенно это касается машин с задним приводом. В багажнике не должно находиться ничего лишнего, даже запасного колеса. Перед тем как подъехать на площадку, надо заранее позаботьтиться об этом. Ось машины немного разгрузится и ей будет легче сорвать колеса в пробуксовку.
2. Burnout-пробуксовка на сколе. Откатываясь на небольшой скорости назад с выжатым сцеплением, вы делаете почти все то же самое, что и в предыдущие разы. Отпускаете сцепление, далее нажимаете на газ, но уже не нажимаете на тормоз. В результате воздействия разнонаправленных сил одна из сил будет направлена вниз, а сила двигателя будет направлена в противоположную сторону, то есть, она будет тянуть вверх а машина в этом случае без зажатых тормозов останется на месте.
3. Попробуйте это сделать сначала на мокрой поверхности. Сцепление с асфальтом будет намного слабее, чем это могло быть в сухую погоду, а это обязательно повысит ваши шансы на успех.
V. И в заключении. Для уменьшения стресса для самой тормозной системы используйте приспособление Brake line locking system, т. е. блокировку. После установки ее на автомобиль и при нажатии на кнопку она сама будет отключать задние тормоза. Это упростит вашу задачу и сохранит автомобиль в его первозданном техническом состоянии.
И на закусочку для всех читателей: Fail and Win compilations of burnout.
Читайте также: