Андрей Смирнов
Время чтения: ~15 мин.
Просмотров: 1

Устройство и принцип работы вискомуфты

Основные разновидности фрикционного метода

С момента появления такой сварки были разработаны разные ее варианты, но все они работают по одному принципу — преобразованию силы трения в тепловую энергию.

Ротационный

Ротационная сварка трением позволяет с высокой производительностью соединять листы тонкостенной стали. Рабочий инструмент — вращающийся ролик, который движется вдоль свариваемого места со скоростью 2 м/с. За счет трения валика о металл в месте стыка или наложения листов он разогревается и передает тепло заготовке. Прижимные пластины обеспечивают необходимое давление, и получается надежное соединение.

Радиальный

Основная область его применения — заделка трубных стыков. В качестве присадки выступает разжимное кольцо.

Существует несколько вариантов расположения труб и соединительного кольца:

  1. Снаружи. При этом кольцо вращается с внешней части трубы, а чтобы она не деформировалась, внутрь вставляют оправку.
  2. Внутри. Кольцо движется внутри, а оправка надевается снаружи.

Линейный

В этом случае не происходит вращения деталей. Относительно друг друга они совершают линейные возвратно-поступательные движения. Когда достигается требуемая температура, заготовки останавливаются и сдавливаются. За счет частичного удаления излишков образуется сварной шов.

Орбитальный

Применение указанного способа сварки предусматривает вращение деталей в 1 плоскости, но по разным орбитам. Он позволяет соединять заготовки, имеющие большую площадь соприкосновения. Процесс нагрева регулируется путем изменения скорости, а также смещения осей вращения. После достижения требуемой температуры деталей они выставляются соосно и прижимаются друг к другу. Чтобы упрочить диффузный слой, после сварки выполняют проковку шва.

Точечное трение

Эта технология разработана только в конце прошлого века. Она подразумевает неподвижную фиксацию заготовок. Между ними проникает вращающийся рабочий инструмент, выполненный в виде цилиндра со штырем и заплечиками. За счет вращения штыря поверхность деталей разогревается, имеющийся зазор заполняется расплавленным металлом.

Инерционная сварка

Эта технология соединения предусматривает фиксацию одной детали неподвижно, а другой — на маховике. Вращающаяся заготовка приближается к стационарной, за счет инерции маховика они начинают тереться и нагреваться. В этом момент мотор уже не работает. Усилие вдавливания подвижного элемента в неподвижный зависит от толщины и материала, из которого они сделаны. После полной остановки маховика в месте соприкосновения прижатых элементов образуется надежное соединение.

Штифтовый

Такой способ используют, когда надо восстановить детали. В поврежденном месте под штифт, который является наплавкой, делают отверстие соответствующего диаметра. Штифт вращают с большой скоростью и вводят в подготовленное место. В процессе трения происходит нагрев детали и штифта. Они размягчаются, и формируется прочное соединение. Такой способ ремонта позволяет быстро восстановить требуемую деталь, добиться в месте установки штифта большей прочности, чем у самого предмета.

Непрерывный привод

Это один из первых методов фрикционной сварки. Он заключается в том, что одна деталь зафиксирована неподвижно, а вторая вращается. Когда они соприкасаются, происходит осевой разогрев поверхностей. При достижении заданной температуры останавливается вращение заготовки и выполняется сдавливание деталей. Для упрочения шва его проковывают.

Колебательный метод

Такая технология может реализоваться за счет движения как одной детали, так и обеих. Выполняется возвратно-поступательное движение, за счет чего происходит разогрев поверхностей и они становятся пластичными. После их сжатия образуется надежное соединение. Колебательный метод эффективно применяется при сваривании деталей из высокопластичных материалов.

Принцип работы вискомуфты

Вязкостная муфта представляет собой герметичный корпус, внутри которого находятся перфорированные диски и дилатантная жидкость (материал, основанный на силиконе, имеющий высокую вязкость). Одна часть дисков жестко соединена с приводным валом, другая – с корпусом дифференциала.


Общий вид вискомуфты

Когда автомобиль движется по ровному дорожному покрытию, дифференциал и приводной вал вращаются синхронно. Перфорированные диски при этом также вращаются как единое целое. Если же автомобиль начинает буксовать, колеса одной оси начинают быстро вращаться, а другая ось становится неподвижной. В этот момент диски, связанные с приводным валом, начинают быстро вращаться и перемешивать дилатантную жидкость. В итоге силиконовое вещество быстро сгущается и твердеет, блокируя дифференциал. Крутящий момент передается на вторую ось, тем самым «подключается» полный привод, который помогает автомобилю справиться с бездорожьем. После преодоления препятствия силиконовая жидкость возвращается в первоначальное состояние, вискомуфта разблокируется, а задняя ось отключается.

Принцип работы муфты


Общий вид многодисковой фрикционной муфты

Основная задача многодисковой муфты – в нужный момент плавно соединить и разъединить входной (ведущий) и выходной (ведомый) валы с помощью силы трения между дисками. При этом от одного вала к другому передается крутящий момент. Диски сжимаются за счет действия давления жидкости.

Отметим, что чем сильнее соприкасаются поверхности дисков, тем больше величина передаваемого момента. При работе муфта может пробуксовывать, при этом ведомый вал разгоняется плавно, без рывков и ударов.

Главное отличие многодискового механизма от других заключается в том, что за счет наращивания количества дисков увеличивается количество соприкасающихся поверхностей, в результате чего становится возможным передавать больший крутящий момент.

Основа нормальной работы фрикционной муфты – наличие регламентированного зазора между дисками. Этот интервал должен равняться значению, которое установил производитель. Если зазор между дисками муфты будет меньше положенного, то фрикционы будут постоянно находиться в “поджатом” состоянии и, соответственно, быстрее изнашиваться. Если же расстояние будет больше, то при работе будет наблюдаться пробуксовка муфты. В этом случае тоже не избежать быстрого износа. Точная регулировка зазоров между фрикционами при ремонте муфты – залог ее правильной работы.

Применение вискомуфты

Вязкостная муфта, в основном, устанавливается на автомобили с повышенной проходимостью в качестве автоматической блокировки (например, на автомобилях Jeep Grand Cherokee и Range Rover HSE ). Однако вискомуфта также может использоваться вместе с шестеренчатым свободным дифференциалом, выступая в роли вспомогательного механизма автоматической блокировки. Отметим, что муфта с дилатантной жидкостью – это самый простой и дешевый способ связать обе оси автомобиля. Эффективности и точности этого механизма в большинстве случаев достаточно для предупреждения проскальзывания передних колес машины относительно задних на обычном дорожном покрытии. Однако сейчас автопроизводители все больше отказываются от установки вискомуфт из-за их несовместимости с системой ABS.

Преимущества и недостатки

Преимущества муфты Haldex:

  • минимальное время срабатывания (к примеру, вискомуфта допускает проскальзывание колес, и лишь затем блокируется);
  • компактность устройства;
  • возможность совместной установки с системами, которые предотвращают пробуксовку колес;
  • предотвращает сильные нагрузки на трансмиссию во время парковки и маневрирования автомобиля;
  • электронное управление.

Недостатки:

  • несвоевременное создание давления в системе (первое поколение муфт);
  • разблокировка муфты после вмешательства электронных систем (первое и второе поколение муфт);
  • отсутствие центрального дифференциала, из-за чего задний мост не может вращаться быстрее, чем передний (четвертое поколение муфт);
  • отсутствие фильтра, из-за чего необходимо часто менять масло (пятое поколение муфт);
  • электронные компоненты, в целом, менее надежны, чем механические.

Четвертое поколение устройств Haldex – это одна из самых совершенных систем подключаемого полного привода. Данная муфта используется на мощном автомобиле Bugatti Veyron. Механизм  стал популярен благодаря простоте, надежности и качественному электронному управлению. Отметим, что муфта Haldex широко используется не только на автомашинах концерна Volkswagen (например, Golf, Transporter, Tiguan), но и на автомобилях других производителей: Land Rover, Audi, Lamborghini, Ford, Volvo, Mazda, Saab и других.

Применение муфты

Многодисковые фрикционные муфты широко применяются в автомобилях. Данное устройство используется в следующих системах:

  • сцепление (в вариаторах без гидротрансформатора);
  • автоматическая коробка передач (АКПП): муфта в АКПП служит для передачи крутящего момента к планетарному ряду;
  • роботизированная коробка передач: пакет дисков  с двойным сцеплением в коробке-роботе используется для высокоскоростного переключения передач;
  • системы полного привода: фрикционное устройство устанавливают в (муфта здесь необходима для автоматического блокирования межосевого дифференциала);
  • дифференциал: механическое устройство выполняет функцию полной или частичной блокировки.

Жестко подключаемый, или полный привод Part-time

Этот тип привода считается самым простым и надежным, так как не имеет никаких сложных систем, которые должны отвечать за автоматическое распределение тяги по осям. По умолчанию крутящий момент передается только на одну ось, вторая ось включается только по необходимости с помощью раздаточной коробки с кулачковой муфтой. При включении «раздатки» обе оси жестко соединяются между собой, обеспечивая постоянное симметричное распределение крутящего момента.

Несмотря на конструктивную простоту, система имеет значимую особенность: невозможность ездить в режиме полного привода постоянно, а также на высоких скоростях и по ровным сухим поверхностям. Вернее, ездить-то можно, только с огромной вероятностью повредить систему полного привода.

Дело в том, что при повороте каждое из четырех колес вращается с разной скоростью и проходит свою траекторию поворота. Между осями нет никаких систем, компенсирующих разность этих скоростей, а потому вся нагрузка ложится на «раздатку», которая со временем и выходит из строя. Проще говоря, подключать вторую ось необходимо только для увеличения проходимости автомобиля на покрытиях, допускающих проскальзывание колес, таких как грязь, песок, снег, лед или в крайнем случае сильный дождь.

Проблемы

Что же касается технических проблем, то основной причиной выхода из строя раздаточной коробки как раз является пренебрежение правилами использования полного привода. Например, «раздатка» регулярно ломается на автомобилях Suzuki Jimny в силу того, что основными потребителями этого автомобиля являются представительницы прекрасной половины человечества, не особо разбирающиеся в конструктивных нюансах системы Part-time.

Если жесткое включение происходит не старым добрым рычагом, а с помощью электропривода, то система может не включиться. Происходит это чаще всего на стоящей машине, потому что зубья валов не попадают в зацеп и электроника дает отбой. Неисправностью это не является и исправляется просто накатом, чтобы в момент движения зацеп все же произошел.

Очень часто автомобили с системой Part-time являются объектами серьезного внедорожного тюнинга, а следовательно, и жесточайших нагрузок. Так что развалившиеся межколесные дифференциалы, оборванная цепь переднего вала и менянные главные передачи — не редкость на подобных авто. Однако в большинстве случаев узел настолько прост и надежен, что может вызвать вопросы лишь в случае огромных пробегов или халатного отношения владельца, например к замене масла.

Преимущества и недостатки

Сначала о плюсах вискомуфты:

  •  простейшая конструкция;
  •  прочный корпус, выдерживающий давление до 20 атмосфер;
  •  доступная стоимость из-за простоты конструкции;
  •  не требует обслуживания, обычно эксплуатируется без поломок в течение всего срока службы автомобиля.

Основные недостатки вискомуфты:

  •  невозможность ремонта (если вязкостная муфта сломалась, ее меняют на новую);
  •  опасность перегрева при длительной работе;
  •  отсутствует возможность ручной блокировки;
  •  неполное автоматическое блокирование;
  •  срабатывание с запозданием;
  •  несовместимость с антиблокировочной системой тормозов (ABS);
  •  отсутствие контроля за полным приводом;
  •  крупные муфты сильно уменьшают клиренс.

Привод Full Time

Система активного полного привода Full Time наиболее безопасна, но приводит к повышенному износу деталей при езде по бездорожью

Более подходящим вариантом для комплектации современных внедорожников является постоянный полный привод – TOD или другая хорошо зарекомендовавшая себя система. Ведь подобные устройства имеют надежный межосевой дифференциал, который позволяет без ограничений использовать их полноприводные возможности во время движения, как по городским улицам, так и по бездорожью

Однако важно помнить, что конструкция соединения, расположенного между передним и задним мостами, позволяет им свободно проскальзывать. Это несколько ограничивает возможности эксплуатации автомобиля на бездорожье, а вот для городской среды делает его просто непревзойденным

Следует отметить, что система активного полного привода Full Time практически во всех автомобилях исключает возможность принудительного подключения того или иного из мостов. А что касается управления межосевым мостом, то оно у современных транспортных средств осуществляется непосредственно электронными устройствами. Так что пользоваться полноприводными автомобилями, работающими на данной системе, довольно просто и приятно – они подарят вам возможность передвигаться с максимальным комфортом и безопасностью по любому виду покрытия.

В данном ключе, следует отметить, что каждая современная интеллектуальная система полного привода позволяет по-разному распределять между мостами нагрузку, создаваемую крутящим моментом. В классическом варианте крутящий момент между мостами распределяется в пропорции 50:50, однако, если наблюдается пробуксовка одной из осей, то система сразу же перебросит большую часть нагрузки на ту ось, у которой лучше сцепление. Благодаря такой особенности, автомобиль может идеально подстраиваться под любой тип дорожного покрытия. Кроме того, на рынке иногда предлагаются модели, полноприводная система которых позволяет перебрасывать максимальную нагрузку не только на переднюю и заднюю оси, но и непосредственно на колеса – а это значительно повышает эксплуатационные характеристики транспортного средства.

Чаще всего система Full Time находит применение в автомобилях Ауди и Субару, однако может она использоваться также в транспортных средствах, реализуемых под другими брендами.

Преимущество соединений при помощи электромуфт

Рассматриваемое устройство получило весьма широкое распространение. Это можно связать с тем, что оно обладает достаточно большим количеством преимуществ, которые должны учитываться. Наиболее важными считаются приведенные ниже:

  1. Надежность. При подаче электрического тока устройство проводит разъединение отдельных элементов в течение короткого промежутка времени. При этом электромагнитное поле не подвержено воздействию окружающей среды, поэтому существенных проблем при работе, как правило, не возникает.
  2. Сохранение основных свойств на протяжении длительного периода. Важным критерием выбора подобных устройств можно назвать именно эксплуатационный срок. За счет применения специальных материалов этот показатель в рассматриваемом случае существенно расширен.
  3. Срабатывание в течение нескольких долей секунд. Подобный результат свойственен относительно небольшому количеству устройств рассматриваемой категории. Время срабатывания – параметр, который учитывается при выборе муфты.
  4. Возможность исполнения для достижения самых различных целей, к примеру, защиты устройства или дистанционное управление.
  5. Компактность и небольшой вес. Эти параметры считаются также довольно важными, так как слишком большой вес оказывает нагрузку на основную конструкцию. Компактность позволяет проводить встраивание устройства в самые различные конструкции.

Однако есть несколько существенных недостатков, которые должны учитываться. Примером можно назвать то, что устройство стоит достаточно дорого, а обслуживание должно проводится исключительно специалистом. Кроме этого, эксплуатация при несоблюдении основных рекомендаций может стать причиной повышенного износа. Не стоит забывать о том, что для работы устройства требуется электрический ток, который и обуславливает появление требуемого электромагнитного поля.

Устройство и основные компоненты

Многодисковая фрикционная муфта конструктивно представляет собой пакет из стальных и фрикционных дисков, которые чередуются между собой. Их количество напрямую зависит от того, какой крутящий момент необходимо передавать между валами.

Итак, в муфте присутствует два вида дисков – стальные и фрикционные. В чем же их различие? Все дело в том, что второй вид дисков имеет специальное покрытие, называемое “фрикционным”. Оно изготовлено из материалов, которые имеют повышенный коэффициент трения: керамика, углеродные композиты, кевларовые нити и проч.

Чаще всего фрикционные диски – это стальные диски с фрикционным слоем. Однако, их основой не всегда выступает сталь, иногда эти части муфты изготавливают из прочной пластмассы. Диски крепятся к ступице ведущего вала.

Обычные стальные диски без фрикционных покрытий фиксируются в барабане, связанном с ведомым валом.

Также в конструкцию муфты входят поршень и возвратная пружина. Под действием давления жидкости поршень давит на пакет дисков, за счет чего и возникает сила трения между ними, а также передается крутящий момент. После того, как давление сбрасывается, пружина возвращает поршень обратно, и муфта выключается.

Различают два типа многодисковой муфты: сухая и мокрая. Второй тип устройств частично заполнен маслом.  Смазочный материал необходим для:

  • более эффективного отвода тепла;
  • смазывания деталей муфты.

Мокрая многодисковая муфта имеет один недочет – у нее отмечается низкий коэффициент трения. Данный недостаток производители компенсируют с помощью увеличения давления на диски, а также благодаря использованию новейших фрикционных материалов.

Поколения муфты Haldex

На текущий момент существует пять поколений муфты Haldex. Отметим особенности каждого поколения:

  • Первое поколение (с 1998 года). Основа муфты – механизм, определяющий разницу вращения валов, которые идут к переднему и заднему мосту машины. Блокируется механизм во время пробуксовки ведущей оси.
  • Второе поколение (с 2002 года). Принцип работы не поменялся. Произошли только технические усовершенствования: интеграция в один блок с задним дифференциалом, электрогидравлический клапан заменил электромагнитный (система заработала быстрее), обновлен электрический насос, установлен необслуживаемый масляный фильтр, увеличен рабочий объем масла.
  • Третье поколение (с 2004 года). Главное изменение в конструкции – установлен более производительный электрический насос и обратный клапан. Появилась возможность предварительной блокировки устройства электроникой. За 150 миллисекунд осуществляется полная блокировка механизма.
  • Четвертое поколение (с 2007 года). Принцип действия не поменялся. Конструктивные изменения: давление в гидросистеме механизма теперь формирует мощный электронасос, управление муфтой осуществляется только электроникой, устройство четвертого поколения может устанавливаться только на автомобили с системой ESP. Главное отличие – разная скорость на переднем и заднем мостах перестала быть условием для включения муфты.
  • Пятое поколение (с 2012 года). Принцип работы не изменился. Особенности конструкции муфты Haldex последнего поколения: насос работает постоянно, фрикционы с электрическим/гидравлическим управлением, механизм можно заменить отдельно. Основное отличие – более высокое качество элементов.

Классификация электромуфт

В большинстве случаев электромуфты классифицируются по тому, в какой области они применяются. Чаще всего применяется электромагнитная фрикционная муфта. Она обладает следующими свойствами:

  1. Устройство может применяться для снижения вероятности воздействия импульсных нагрузок.
  2. На холостом ходу конструктивные особенности определяют незначительные потери. Этот момент определяет то, что основные элементы не нагреваются при эксплуатации.
  3. Есть возможность провести быстрый пуск механизма даже в случае, если оно находится под большой нагрузкой.

Рассматриваемый тип механизма делится на несколько основных типов:

  1. Контактные.
  2. Тормозные.
  3. Бесконтактные.

Довольно част встречается муфта электромагнитная тормозная, которая может снизить количество оборотов при работе.

  1. Катушки электромагнитного типа. Она изготавливается при применении специальных сплавов, которые характеризуются определенными свойствами. Катушка требуется для непосредственной генерации электромагнитного поля.
  2. Пластин прижимного типа. Этот элемент конструкции должен характеризоваться высокой прочностью.
  3. Шкива, который передает усилие от электрического двигателя. Привод подобного типа получил довольно широкое распространение, так как он обеспечивает защиту устройства от перегрева при большой нагрузке. За счет смены шкивов есть возможность регулировать количество оборотов на выходе.

В рассматриваемом случае на катушку подается электричество, которое образует электромагнитное поле. За счет этого происходит притягивание прижимной пластины к шкиву. Подобное перемещение дает свободу валу, и механизм начинает работать.

Компрессорные установки получили весьма широкое распространение

Именно поэтому нужно уделять внимание следующим дефектам:

  1. Довольно часто встречается ситуация, когда подшипник шкива деформируется. В этом случае достаточно провести замену элемента.
  2. Прижимная пластина изготавливается из тонкого метала, поэтому на момент эксплуатации она может деформироваться. Кроме этого, проблема возникает в случае неправильной установки зазора.
  3. Встречается ситуация сгорания самой муфты. Она чаще всего связана с высоким напряжением, которое подается на катушку.

Развитие современных технологий определило то, что в автомобилях проводится установка электромагнитной муфты сцепления. Она делиться на несколько различных типов в зависимости от привода:

  1. Гидравлический. Этот вариант исполнения характеризуется тем, что передача усилия осуществляется за счет жидкости в системе. Масло и вода хорошо подходят для передачи усилия. Однако, гидравлический привод на сегодняшний день характеризуется относительно низкой надежностью.
  2. Механический. Подобное устройство характеризуется тем, что передача усилия проводится за счет сочетания различных элементов. Примером можно назвать звездочки, шестерни и другие детали.
  3. Муфта сцепления электромагнитная.

Наиболее распространен последний тип механизма. При этом он также классифицируется на несколько основных типов:

  1. По показателю трения выделяют мокрые и сухие. В последнее время большое распространение получили варианты исполнения, которые могут работать только при добавлении масла.
  2. Классификация проводится и по режиму включения: непостоянные и постоянные.
  3. Выделяют муфты с одним или несколькими ведомыми дисками. Выбор проводится в зависимости от того, какие требуются эксплуатационные характеристики.
  4. По виду управления также выделяют несколько основных видов механизма. Примером можно назвать механический, гидравлический и комбинированный.

Этот современный вариант исполнения встречается в случае, когда нужно обеспечить смещение соединяемых элементов относительно друг друга на момент эксплуатации.

Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Максим Иванов
Наш эксперт
Написано статей
129
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации