История применения муфт в межосевом приводе.
Модераторы: Black, Boris Leibman, genkor
История применения муфт в межосевом приводе.
"Плоха та муфта, которая хоть раз в жизни не мечтала
стать межосевым дифференциалом".
История применения муфт в межосевом приводе.
Общие понятия.
Муфта – одно из самых древнейших технических изобретений в истории человечества. Наверное, нет ни одной сложной конструкции, в устройстве которой не применялись бы муфты.
Общее назначение приводных муфт, используемых в автомобиле – передача крутящего момента между валами, являющимися продолжением один другого, или между валом и сидящими на нем деталями: шестернями, шкивами, звездочками.
В трансмиссии автомобиля широко применяются сцепные муфты, которые служат для быстрого соединения или разъединения валов при их вращении или покое. Они разделяются на: а) кулачковые или зубчатые(шлицевые); б) фрикционные.
Кулачковая муфта состоит из двух полумуфт с торцевыми кулачками (выступами), входящими во впадины между кулачками сопряженной полумуфты. Эти муфты при малых габаритах способны выдерживать большую нагрузку, но требуют точного центрирования соединяемых валов, а их включение возможно только на малом ходу и происходит с ударами.
В зубчатых муфтах одна полумуфта представляет собой шестерню с внутренними зубьями (шлицами), а вторая – с наружными при одинаковом модуле и числе зубьев. Включение муфты достигается осевым перемещением одной из полумуфт. Для облегчения включения торцы зубьев закругляют по аналогии с зубьями подвижных шестерен. Для плавного и безударного включения зубчатых муфт требуется равенство скоростей вращения ведущей и ведомой полумуфты, что достигается применением синхронизаторов.
По критерию управляемости кулачковые и зубчатые муфты являются управляемыми (не автоматическими), то есть для их смещения требуется действие человека.
Работа фрикционных муфт основана на создании сил трения между ведущими и ведомыми элементами муфты. Поэтому они допускают плавное сцепление при любой скорости с регулировкой времени включения. В период включения фрикционной муфты (в период разгона привода) в ней имеет место скольжение. При установившемся движении скольжение отсутствует. Эпизодическое проскальзывание возможно при пиковых нагрузках. Данные муфты могут быть как управляемые, так и самоуправляющиеся (автоматические).
Ярким примером управляемой фрикционной муфты является сцепление автомобиля.
Самоуправляющиеся (автоматические) фрикционные муфты применяются на некоторых автомобилях для подключения второй ведущей оси, а простейшими фрикционными муфтами являются синхронизаторы, используемые в коробках передач.
Фрикционные муфты разделяются также на:
а) нормально-разомкнутые, которые при освобожденном (не работающем) механизме управления расцеплены;
б) нормально-замкнутые, которые при освобожденном механизме управления сцеплены под действием достаточно сильных пружин, причем для расцепления необходимо с помощью механизмов управления преодолеть силы пружин.
По механизации управления и энергии управления фрикционные муфты разделяют на: а) управляемые мускульной энергией; б) управляемые механической энергией, подводимой извне от двигателя, гидравлической или пневматической сети; управляемые электрической энергией.
По принципу работы механизмов управления фрикционные муфты разделяют на:
а) муфты с рычажными или рычажно-кулачковыми механизмами управления;
б) муфты с гидравлическим управлением;
в) муфты с пневматическим управлением;
г) муфты с электромагнитным управлением.
Многодисковые фрикционные муфты состоят из чередующихся металлических дисков, имеющих наружное и внутреннее зацепление. Диски, имеющие внутреннее зацепление, соединены со втулкой, а наружное – с корпусом муфты. Корпус и втулка соответственно соединены с валами, которые должны соединяться с помощью муфты. Между дисками имеются зазоры (обычно около 1 мм), что позволяет одним дискам свободно вращаться при неподвижных других. В случае необходимости механизм управления смыкает диски, в результате одни из них (ведущие) приводят в движение другие (ведомые), в итоге втулка и корпус муфты вращаются с одинаковой скоростью, чем и обеспечивается соединение двух приводных валов и передача крутящего момента.
Для уменьшения износа дисков и отвода излишнего тепла в корпус муфты заливается масло.
Самым важным оценочным параметром многодисковой фрикционной муфты является величина максимального крутящего момента, который она может передать.
Основным недостатком многодисковых муфт, применяющихся для подключения второй ведущей оси, является относительно небольшой по величине крутящий момент, на передачу которого они рассчитаны. Если по условиям движения нагрузка на муфту превысит расчетную, начнется пробуксовка дисков, их нагрев и сильный механический износ. Чтобы этого избежать, вводят защитные механизмы и в случае длительной пробуксовки дисков муфта отключается автоматикой. А на некоторых полноприводных автомобилях, трансмиссия которых рассчитана на высокие нагрузки, многодисковые муфты принудительно блокируются с помощью зубчатых муфт, что позволяет полностью снять нагрузку с фрикционных дисков и избежать повреждение муфты.
Первые муфты.
При конструировании первых автомобилей с двумя ведущими осями возник вопрос о том, какой тип межосевого привода использовать на той или иной машине – дифференциальный или блокированный (без межосевого дифференциала). На тракторах и специальных автомобилях высокой проходимости, предназначенных для постоянной эксплуатации на слабых грунтах, стали применять блокированный привод. Но тут возникла проблема управляемости: машина с блокированным приводом неохотно поворачивает. К тому же, даже трактору иногда хочется «прохватить» по асфальту. Следовательно, нужно было предусмотреть механизм быстрого отключения/подключения второй ведущей оси. Легче всего это было реализовать с помощью сцепной зубчатой (или кулачковой) муфты, соединяющей валы в раздаточной коробке и механического привода к ней, который шофер задействовал вручную. Данный способ надежен, прост в эксплуатации и используется до сегодняшнего дня.
Но конструкторская мысль не стоит на месте и для облегчения жизни шофера конструкторы начали думать, как сделать отключение/подключение второй оси автоматическим.
Первые автоматические механизмы.
Сначала был использован механизм автоматического действия, представляющий собой две роликовые муфты свободного хода. Одна из них работала при переднем, а другая при заднем ходе автомобиля.
В первых конструкциях устанавливались раздаточные коробки с автоматическим отключением переднего моста на твердых дорогах.
В режиме работы машины на слабых грунтах муфта была замкнута, а во время движения на твердой дороге при прохождении поворота числа оборотов передних колес и приводного вала переднего моста превышали числа оборотов задних колес и приводного вала заднего моста, роликовая муфта автоматически размыкалась, отключала привод переднего моста и машина (трактор) становилась заднеприводной.
Но чтобы не ждать поворота, для обеспечения быстрого рассоединения муфт на дорогах с твердым покрытием и стабильного отключения переднего моста при прямолинейном движении, передаточное число переднего моста было специально сделано больше, чем заднего, в результате передний приводной вал стал вращаться от колес с числом оборотов больше, чем у заднего вала на 4-8%. В результате при выезде на сухую дорогу передняя ведущая ось отключалась от трансмиссии (передние колеса «уезжали» от задних) и машина (трактор) двигалась ведущими колесами задней оси (осей). А подключался передний мост тогда, когда тяговой силы задней оси становилось недостаточно для движения машины (на слабых грунтах), задние колеса начинали пробуксовку, скорость вращения вала, идущего к задним колесам становилась выше, чем вала, вращающего передние, и в результате муфта замыкалась.
Данная конструкция была применена, например, на американских трехосных автомобилях «RIO», «GMC» и «INTERNATIONAL» выпуска 50-х годов.
А вот в американском грузовом автомобиле «Мармон Херрингтон» для автоматического подключения переднего моста использовалась храповая муфта свободного хода, которая была нормально разомкнута, а включение ее происходило под действием осевых сил, возникающих в косозубом зацеплении шестерен при пробуксовке колес задней оси. По схожей схеме было выполнено подключение второй ведущей оси в раздаточных коробках Ярославского завода 50-х годов выпуска. Основным недостатком данных конструктивных схем являлось то, что передний ведущий мост подключался только после пробуксовки задних колес, что при предельной загруженности машины и высоком коэффициенте сцепления сопровождалось значительной перегрузкой задних мостов, а принудительно подключить передний ведущий мост для более равномерного распределения тяговой силы между ведущими мостами не представлялось возможным.
Эра вискомуфт.
Следующий этап развития идеи автоматического подключения второй ведущей оси с помощью муфт наступил с начала 80-х годов прошлого века, когда для подключения привода второй ведущей оси производители стали использовать вискомуфты. Это позволило конструировать полноприводные легковые автомобили на базе обычных серийных моноприводных моделей. Впервые данное решение при серийном производстве автомобилей применила западногерманская фирма Steyer-Daimler-Puch, разработавшая для фирмы Фольксваген систему автоматического включения второй ведущей оси у полноприводного варианта микроавтобуса Caravelle Syncro . Вискомуфты отличались «мягкостью» срабатывания, что избавляло трансмиссии от ударных нагрузок, а из-за того, что кинематический радиус передних ведущих колес всегда немного меньше, чем задних, на заднюю ведущую ось постоянно перераспределялся крутящий момент, величина которого возрастала при мощном старте и иных режимах движения, когда возникала пробуксовка передних колес.
Например, у Гольф-2 синхро вискомуфта в вязкостном режиме могла передавать на заднюю ось крутящий момент до 500 Нм, а при торможении задний привод отключался муфтой свободного хода, чтобы исключить возможность более ранней блокировки передних колес. А поскольку задом тоже иногда надо ездить в режиме 4х4, конструкторы предусмотрели дополнительную блокировку муфты свободного хода механической муфтой с электровакуумным приводом.
Но настоящими виско-кудесниками были японские автоинженеры. Так, на автомобиле SubaruRexTwinVisco в задней оси были установлены сразу две вискомуфты, которые соединяли полуоси с главной передачей и одновременно выполняли функции дифференциала повышенного трения задней оси и включения привода на нее. А на Nissan Pulsar 4WD конструкторы установили сразу три вискомуфты: одна включала привод на заднюю ось, а две других осуществляли блокировку переднего и заднего межколесных дифференциалов.
Но у вискомуфт имелся существенный недостаток – они мешали работе АБС и ими было невозможно управлять через комп. Тотальный контроль над машиной через комп – вот к чему сейчас стремится мировой автопром. А для этого идеально подходили сцепные многодисковые фрикционные муфты, имеющие гидравлические или электромагнитные управляющие механизмы.
Самоуправляющиеся фрикционные муфты.
Некоторые известные фирмы очень серьезно подошли к развитию идеи использования фрикционных муфт, в результате чего возникли настоящие технические шедевры.
Так, фирма Daimler-Benz в 1986 году разработала для автомобилей Мерседес уникальную автоматическую систему полного привода «4-matic», в которой были использованы четыре (!) фрикционные муфты. Привод между осями осуществлялся раздаточной коробкой, в которой имелись две многодисковые фрикционные муфты, с помощью которых осуществлялось управление системой межосевого привода. В обычном режиме первая муфта (нормально замкнутая) полностью блокировала несимметричный цилиндрический межосевой дифференциал, а вторая муфта (нормально разомкнутая) отключала переднюю ведущую ось, в результате чего осуществлялся привод только на задние колеса. При пробуксовке задних колес гидравлический привод размыкал диски первой муфты, дифференциал разблокировался, одновременно вторая многодисковая муфта замыкалась и подключала переднюю ось, после чего крутящий момент распределялся дифференциалом между передней и задней осями в пропорции 35:65. А при необходимости межосевой дифференциал автоматически полностью блокировался. При торможении машины вторая муфта размыкалась и передняя ведущая ось отключалась.
В задней оси был установлен межколесный дифференциал повышенного трения, имеющий две многодисковые фрикционные муфты, связывающие корпус дифференциала с шестернями полуосей. Коэффициент блокировки дифференциала возрастал с увеличением крутящего момента, поданного на его корпус, и достигал значения 2,1.
Система имела несколько рабочих уровней: 0 – привод на задние колеса; 1 – привод на обе ведущие оси через межосевой дифференциал; 2 – блокированный межосевой привод: межосевой дифференциал блокировался с помощью фрикционной муфты; 3 – блокированный полный привод с заблокированным задним дифференциалом: межосевой и задний межколесный дифференциалы заблокированы фрикционными муфтами. Система управления обеспечивала быстрый и плавный переход с одного уровня на другой без скачков крутящего момента. Обрабатывая сигналы датчиков на основе заложенных в нее алгоритмов управления, система постоянно отслеживала ряд критериев: проскальзывание колес; угол поворота автомобиля; включение тормозной системы; скорость автомобиля и его ускорение; и на основе анализа полученных данных выбирала тот или иной режим работы трансмиссии.
Данная система полного привода была для 1986 г. во истину революционной, да и в наши дни ни одна из автомобильных фирм такое решение не применяет.
Другой оригинальный способ подключения второй ведущей оси с помощью многодисковой муфты разработали инженеры фирмы Porshe, организовав на модели Porshe 911 привод на вторую ведущую ось (переднюю) через регулируемую многодисковую фрикционную муфту с 7-ю ведомыми и 6-ю ведущими дисками с металлокерамическими рабочими поверхностями. Усилие замыкания дисков регулировалось электрогидравлическим исполнительным механизмом, постоянно изменяющим давление масла в рабочих гидроцилиндрах. Муфта была установлена в картере главной передачи передней оси и рассчитана на продолжительный режим работы с проскальзыванием, а для снятия излишнего тепла диски проливались маслом, которое охлаждалось в специальном картере, обдуваемом набегающим потоком воздуха. Муфта была рассчитана на передачу максимального крутящего момента 250 Нм. В заднем межколесном дифференциале была установлена аналогичная по конструкции муфта, которая частично или полностью блокировала задний дифференциал. Ее диски для охлаждения проливались маслом из картера коробки передач (мотор стоял сзади), масло охлаждалось в масляном радиаторе. А для обеспечения стабильной передачи момента на переднюю ось сзади устанавливались колеса меньшей размерности, чем спереди (на 1%). В результате такого кинематического несоответствия была организована большая скорость вращения ведущих дисков относительно ведомых, что позволяло изменением силы сжатия дисков регулировать подводимый к передним колесам крутящий момент, таким образом, задние колеса через муфту как бы «подкручивали» передние колеса.
А на модели Porshe 959 система была более совершенная, было применено программируемое распределение крутящего момента: водитель имел возможность установить одну из 4-х возможных программ движения – «сухая дорога», «мокрая дорога», «заснеженная дорога», «тяга» (в режиме «тяга» обе муфты полностью блокировались). С помощью электроники, управляющей межосевой и задней межколесной фрикционными муфтами, обеспечивались различные варианты распределения крутящего момента между осями в различных режимах движения. А при закрывании дроссельной заслонки сила сжатия дисков в муфтах уменьшалась, чтобы не ухудшать управляемость в режиме торможения двигателем.
Необходимо отметить, что данные системы (PSK) были конструктивно сложные, дорогие, и применялись на эксклюзивных спортивных автомобилях.
Отдельно стоит упомянуть систему полного привода, использующуюся фирмой Honda в автомобилях Acura MDX, Pilot, Ridgline. В задней оси этих машин дифференциал отсутствует, а передача момента на колеса осуществляется с помощью двух многодисковых муфт, которые нормально разомкнуты и замыкаются электромагнитными механизмами управления в случае пробуксовки передних колес. В результате в режиме полного привода машины имеют жестко блокированный межосевой и задний межколесный привод. Впрочем, условно-жесткий, поскольку каждая колесная муфта передает максимальный момент до 250 Нм, а в тяжелых дорожных условиях такой величины может не хватить, и диски начнут проскальзывать. Чтобы уберечь муфты от перегрева и поломки, в картер заднего моста установлен датчик, определяющий температуру масла. При нагреве масла свыше определенной температуры муфты размыкаются.
На большинство ныне выпускаемых серийных автомобилей устанавливаются системы полного привода с использованием многодисковых сцепных фрикционных муфт для автоматического подключения второй ведущей оси (как правило, задней) при пробуксовке передних колес. Системы работают на принципе разницы в угловых скоростях вращения колес, при пробуксовке колес основной ведущей оси муфта замыкается и подключается вторая ось. При выравнивании скоростей муфта вновь размыкается, а для езды на слабых грунтах предусмотрен режим «LOCK», при котором муфта постоянно замкнута на малых скоростях движения. Привод включения муфт выполняется электромагнитный или с помощью масляных насосов.
С методом подключения второй ведущей оси фрикционной муфтой не надо путать применение фрикционных муфт для изменения рабочих характеристик шестеренчатых дифференциалов, т.е. автоматического блокирования (полного или частичного) дифференциалов с помощью муфт. В дифференциальном приводе крутящий момент распределяет дифференциал, а муфта создает дополнительный момент трения, за счет чего повышается крутящий момент на колесах (осях), имеющих лучшее сцепление с дорогой.
В последние годы производители начали использовать многодисковые сцепные муфты для подключения передней ведущей оси на внедорожниках, изначально имеющих задний привод. В автоматическом режиме машина заднеприводная, но при намечающейся пробуксовке задних колес муфта за доли секунды замыкается, делая машину полноприводной, а через некоторое время, при выравнивании скоростей вращения колес передней и задней осей муфта опять размыкается. А при езде в условиях бездорожья в раздаточной коробке данных машин предусмотрен режим, при котором трансмиссия полностью блокируется зубчатыми муфтами, жестко связывающими выходные валы, в результате нагрузка с многодисковых муфт снимается, в передаче крутящего момента они не участвуют.
Некоторое производители утверждают, что данные системы автоматического полного привода еще более совершенны, чем межосевой шестеренчатый дифференциал и состоят из множества согласованных между собой устройств: муфта + датчики скорости вращения колес + система контроля оборотов двигателя + система контроля угла поворота колес + комп + система управления муфтой + система, принудительно сбрасывающая обороты двигателя + система, подтормаживающая колеса (если такая есть). Так это или нет, не мне судить – пусть это останется на их совести.
В заключение хочу констатировать печальный факт: по мере развития автомобильной индустрии намечается устойчивая тенденция замены старых добрых шестеренчатых межосевых дифференциалов многодисковыми фрикционными муфтами. Не побоюсь прослыть ретроградом и выскажу свое личное мнение: данный путь влечет усложнение и удорожание конструкции, уменьшение надежности и все больше и больше привязывает автомобиль к фирменному сервису.
Лев Тюрин, Новогорск, 2009
Список используемой литературы.
Александров Е.Б., Трикоз А.А., Шеметов С.В. Современные механизмы распределения мощности в трансмиссиях легковых автомобилей. Обзорная информация ЦНИИТЭИавтопром, 1989 г.
Коротоношко Н.И. Автомобили высокой проходимости, М, Машгиз, 1957.
Лефаров А.Х. Дифференциалы автомобилей и тягачей. М, Издательство «Машиностроение», 1972 г.
Решетов Д.Н. Детали машин. М, Машгиз, 1963 г.
стать межосевым дифференциалом".
История применения муфт в межосевом приводе.
Общие понятия.
Муфта – одно из самых древнейших технических изобретений в истории человечества. Наверное, нет ни одной сложной конструкции, в устройстве которой не применялись бы муфты.
Общее назначение приводных муфт, используемых в автомобиле – передача крутящего момента между валами, являющимися продолжением один другого, или между валом и сидящими на нем деталями: шестернями, шкивами, звездочками.
В трансмиссии автомобиля широко применяются сцепные муфты, которые служат для быстрого соединения или разъединения валов при их вращении или покое. Они разделяются на: а) кулачковые или зубчатые(шлицевые); б) фрикционные.
Кулачковая муфта состоит из двух полумуфт с торцевыми кулачками (выступами), входящими во впадины между кулачками сопряженной полумуфты. Эти муфты при малых габаритах способны выдерживать большую нагрузку, но требуют точного центрирования соединяемых валов, а их включение возможно только на малом ходу и происходит с ударами.
В зубчатых муфтах одна полумуфта представляет собой шестерню с внутренними зубьями (шлицами), а вторая – с наружными при одинаковом модуле и числе зубьев. Включение муфты достигается осевым перемещением одной из полумуфт. Для облегчения включения торцы зубьев закругляют по аналогии с зубьями подвижных шестерен. Для плавного и безударного включения зубчатых муфт требуется равенство скоростей вращения ведущей и ведомой полумуфты, что достигается применением синхронизаторов.
По критерию управляемости кулачковые и зубчатые муфты являются управляемыми (не автоматическими), то есть для их смещения требуется действие человека.
Работа фрикционных муфт основана на создании сил трения между ведущими и ведомыми элементами муфты. Поэтому они допускают плавное сцепление при любой скорости с регулировкой времени включения. В период включения фрикционной муфты (в период разгона привода) в ней имеет место скольжение. При установившемся движении скольжение отсутствует. Эпизодическое проскальзывание возможно при пиковых нагрузках. Данные муфты могут быть как управляемые, так и самоуправляющиеся (автоматические).
Ярким примером управляемой фрикционной муфты является сцепление автомобиля.
Самоуправляющиеся (автоматические) фрикционные муфты применяются на некоторых автомобилях для подключения второй ведущей оси, а простейшими фрикционными муфтами являются синхронизаторы, используемые в коробках передач.
Фрикционные муфты разделяются также на:
а) нормально-разомкнутые, которые при освобожденном (не работающем) механизме управления расцеплены;
б) нормально-замкнутые, которые при освобожденном механизме управления сцеплены под действием достаточно сильных пружин, причем для расцепления необходимо с помощью механизмов управления преодолеть силы пружин.
По механизации управления и энергии управления фрикционные муфты разделяют на: а) управляемые мускульной энергией; б) управляемые механической энергией, подводимой извне от двигателя, гидравлической или пневматической сети; управляемые электрической энергией.
По принципу работы механизмов управления фрикционные муфты разделяют на:
а) муфты с рычажными или рычажно-кулачковыми механизмами управления;
б) муфты с гидравлическим управлением;
в) муфты с пневматическим управлением;
г) муфты с электромагнитным управлением.
Многодисковые фрикционные муфты состоят из чередующихся металлических дисков, имеющих наружное и внутреннее зацепление. Диски, имеющие внутреннее зацепление, соединены со втулкой, а наружное – с корпусом муфты. Корпус и втулка соответственно соединены с валами, которые должны соединяться с помощью муфты. Между дисками имеются зазоры (обычно около 1 мм), что позволяет одним дискам свободно вращаться при неподвижных других. В случае необходимости механизм управления смыкает диски, в результате одни из них (ведущие) приводят в движение другие (ведомые), в итоге втулка и корпус муфты вращаются с одинаковой скоростью, чем и обеспечивается соединение двух приводных валов и передача крутящего момента.
Для уменьшения износа дисков и отвода излишнего тепла в корпус муфты заливается масло.
Самым важным оценочным параметром многодисковой фрикционной муфты является величина максимального крутящего момента, который она может передать.
Основным недостатком многодисковых муфт, применяющихся для подключения второй ведущей оси, является относительно небольшой по величине крутящий момент, на передачу которого они рассчитаны. Если по условиям движения нагрузка на муфту превысит расчетную, начнется пробуксовка дисков, их нагрев и сильный механический износ. Чтобы этого избежать, вводят защитные механизмы и в случае длительной пробуксовки дисков муфта отключается автоматикой. А на некоторых полноприводных автомобилях, трансмиссия которых рассчитана на высокие нагрузки, многодисковые муфты принудительно блокируются с помощью зубчатых муфт, что позволяет полностью снять нагрузку с фрикционных дисков и избежать повреждение муфты.
Первые муфты.
При конструировании первых автомобилей с двумя ведущими осями возник вопрос о том, какой тип межосевого привода использовать на той или иной машине – дифференциальный или блокированный (без межосевого дифференциала). На тракторах и специальных автомобилях высокой проходимости, предназначенных для постоянной эксплуатации на слабых грунтах, стали применять блокированный привод. Но тут возникла проблема управляемости: машина с блокированным приводом неохотно поворачивает. К тому же, даже трактору иногда хочется «прохватить» по асфальту. Следовательно, нужно было предусмотреть механизм быстрого отключения/подключения второй ведущей оси. Легче всего это было реализовать с помощью сцепной зубчатой (или кулачковой) муфты, соединяющей валы в раздаточной коробке и механического привода к ней, который шофер задействовал вручную. Данный способ надежен, прост в эксплуатации и используется до сегодняшнего дня.
Но конструкторская мысль не стоит на месте и для облегчения жизни шофера конструкторы начали думать, как сделать отключение/подключение второй оси автоматическим.
Первые автоматические механизмы.
Сначала был использован механизм автоматического действия, представляющий собой две роликовые муфты свободного хода. Одна из них работала при переднем, а другая при заднем ходе автомобиля.
В первых конструкциях устанавливались раздаточные коробки с автоматическим отключением переднего моста на твердых дорогах.
В режиме работы машины на слабых грунтах муфта была замкнута, а во время движения на твердой дороге при прохождении поворота числа оборотов передних колес и приводного вала переднего моста превышали числа оборотов задних колес и приводного вала заднего моста, роликовая муфта автоматически размыкалась, отключала привод переднего моста и машина (трактор) становилась заднеприводной.
Но чтобы не ждать поворота, для обеспечения быстрого рассоединения муфт на дорогах с твердым покрытием и стабильного отключения переднего моста при прямолинейном движении, передаточное число переднего моста было специально сделано больше, чем заднего, в результате передний приводной вал стал вращаться от колес с числом оборотов больше, чем у заднего вала на 4-8%. В результате при выезде на сухую дорогу передняя ведущая ось отключалась от трансмиссии (передние колеса «уезжали» от задних) и машина (трактор) двигалась ведущими колесами задней оси (осей). А подключался передний мост тогда, когда тяговой силы задней оси становилось недостаточно для движения машины (на слабых грунтах), задние колеса начинали пробуксовку, скорость вращения вала, идущего к задним колесам становилась выше, чем вала, вращающего передние, и в результате муфта замыкалась.
Данная конструкция была применена, например, на американских трехосных автомобилях «RIO», «GMC» и «INTERNATIONAL» выпуска 50-х годов.
А вот в американском грузовом автомобиле «Мармон Херрингтон» для автоматического подключения переднего моста использовалась храповая муфта свободного хода, которая была нормально разомкнута, а включение ее происходило под действием осевых сил, возникающих в косозубом зацеплении шестерен при пробуксовке колес задней оси. По схожей схеме было выполнено подключение второй ведущей оси в раздаточных коробках Ярославского завода 50-х годов выпуска. Основным недостатком данных конструктивных схем являлось то, что передний ведущий мост подключался только после пробуксовки задних колес, что при предельной загруженности машины и высоком коэффициенте сцепления сопровождалось значительной перегрузкой задних мостов, а принудительно подключить передний ведущий мост для более равномерного распределения тяговой силы между ведущими мостами не представлялось возможным.
Эра вискомуфт.
Следующий этап развития идеи автоматического подключения второй ведущей оси с помощью муфт наступил с начала 80-х годов прошлого века, когда для подключения привода второй ведущей оси производители стали использовать вискомуфты. Это позволило конструировать полноприводные легковые автомобили на базе обычных серийных моноприводных моделей. Впервые данное решение при серийном производстве автомобилей применила западногерманская фирма Steyer-Daimler-Puch, разработавшая для фирмы Фольксваген систему автоматического включения второй ведущей оси у полноприводного варианта микроавтобуса Caravelle Syncro . Вискомуфты отличались «мягкостью» срабатывания, что избавляло трансмиссии от ударных нагрузок, а из-за того, что кинематический радиус передних ведущих колес всегда немного меньше, чем задних, на заднюю ведущую ось постоянно перераспределялся крутящий момент, величина которого возрастала при мощном старте и иных режимах движения, когда возникала пробуксовка передних колес.
Например, у Гольф-2 синхро вискомуфта в вязкостном режиме могла передавать на заднюю ось крутящий момент до 500 Нм, а при торможении задний привод отключался муфтой свободного хода, чтобы исключить возможность более ранней блокировки передних колес. А поскольку задом тоже иногда надо ездить в режиме 4х4, конструкторы предусмотрели дополнительную блокировку муфты свободного хода механической муфтой с электровакуумным приводом.
Но настоящими виско-кудесниками были японские автоинженеры. Так, на автомобиле SubaruRexTwinVisco в задней оси были установлены сразу две вискомуфты, которые соединяли полуоси с главной передачей и одновременно выполняли функции дифференциала повышенного трения задней оси и включения привода на нее. А на Nissan Pulsar 4WD конструкторы установили сразу три вискомуфты: одна включала привод на заднюю ось, а две других осуществляли блокировку переднего и заднего межколесных дифференциалов.
Но у вискомуфт имелся существенный недостаток – они мешали работе АБС и ими было невозможно управлять через комп. Тотальный контроль над машиной через комп – вот к чему сейчас стремится мировой автопром. А для этого идеально подходили сцепные многодисковые фрикционные муфты, имеющие гидравлические или электромагнитные управляющие механизмы.
Самоуправляющиеся фрикционные муфты.
Некоторые известные фирмы очень серьезно подошли к развитию идеи использования фрикционных муфт, в результате чего возникли настоящие технические шедевры.
Так, фирма Daimler-Benz в 1986 году разработала для автомобилей Мерседес уникальную автоматическую систему полного привода «4-matic», в которой были использованы четыре (!) фрикционные муфты. Привод между осями осуществлялся раздаточной коробкой, в которой имелись две многодисковые фрикционные муфты, с помощью которых осуществлялось управление системой межосевого привода. В обычном режиме первая муфта (нормально замкнутая) полностью блокировала несимметричный цилиндрический межосевой дифференциал, а вторая муфта (нормально разомкнутая) отключала переднюю ведущую ось, в результате чего осуществлялся привод только на задние колеса. При пробуксовке задних колес гидравлический привод размыкал диски первой муфты, дифференциал разблокировался, одновременно вторая многодисковая муфта замыкалась и подключала переднюю ось, после чего крутящий момент распределялся дифференциалом между передней и задней осями в пропорции 35:65. А при необходимости межосевой дифференциал автоматически полностью блокировался. При торможении машины вторая муфта размыкалась и передняя ведущая ось отключалась.
В задней оси был установлен межколесный дифференциал повышенного трения, имеющий две многодисковые фрикционные муфты, связывающие корпус дифференциала с шестернями полуосей. Коэффициент блокировки дифференциала возрастал с увеличением крутящего момента, поданного на его корпус, и достигал значения 2,1.
Система имела несколько рабочих уровней: 0 – привод на задние колеса; 1 – привод на обе ведущие оси через межосевой дифференциал; 2 – блокированный межосевой привод: межосевой дифференциал блокировался с помощью фрикционной муфты; 3 – блокированный полный привод с заблокированным задним дифференциалом: межосевой и задний межколесный дифференциалы заблокированы фрикционными муфтами. Система управления обеспечивала быстрый и плавный переход с одного уровня на другой без скачков крутящего момента. Обрабатывая сигналы датчиков на основе заложенных в нее алгоритмов управления, система постоянно отслеживала ряд критериев: проскальзывание колес; угол поворота автомобиля; включение тормозной системы; скорость автомобиля и его ускорение; и на основе анализа полученных данных выбирала тот или иной режим работы трансмиссии.
Данная система полного привода была для 1986 г. во истину революционной, да и в наши дни ни одна из автомобильных фирм такое решение не применяет.
Другой оригинальный способ подключения второй ведущей оси с помощью многодисковой муфты разработали инженеры фирмы Porshe, организовав на модели Porshe 911 привод на вторую ведущую ось (переднюю) через регулируемую многодисковую фрикционную муфту с 7-ю ведомыми и 6-ю ведущими дисками с металлокерамическими рабочими поверхностями. Усилие замыкания дисков регулировалось электрогидравлическим исполнительным механизмом, постоянно изменяющим давление масла в рабочих гидроцилиндрах. Муфта была установлена в картере главной передачи передней оси и рассчитана на продолжительный режим работы с проскальзыванием, а для снятия излишнего тепла диски проливались маслом, которое охлаждалось в специальном картере, обдуваемом набегающим потоком воздуха. Муфта была рассчитана на передачу максимального крутящего момента 250 Нм. В заднем межколесном дифференциале была установлена аналогичная по конструкции муфта, которая частично или полностью блокировала задний дифференциал. Ее диски для охлаждения проливались маслом из картера коробки передач (мотор стоял сзади), масло охлаждалось в масляном радиаторе. А для обеспечения стабильной передачи момента на переднюю ось сзади устанавливались колеса меньшей размерности, чем спереди (на 1%). В результате такого кинематического несоответствия была организована большая скорость вращения ведущих дисков относительно ведомых, что позволяло изменением силы сжатия дисков регулировать подводимый к передним колесам крутящий момент, таким образом, задние колеса через муфту как бы «подкручивали» передние колеса.
А на модели Porshe 959 система была более совершенная, было применено программируемое распределение крутящего момента: водитель имел возможность установить одну из 4-х возможных программ движения – «сухая дорога», «мокрая дорога», «заснеженная дорога», «тяга» (в режиме «тяга» обе муфты полностью блокировались). С помощью электроники, управляющей межосевой и задней межколесной фрикционными муфтами, обеспечивались различные варианты распределения крутящего момента между осями в различных режимах движения. А при закрывании дроссельной заслонки сила сжатия дисков в муфтах уменьшалась, чтобы не ухудшать управляемость в режиме торможения двигателем.
Необходимо отметить, что данные системы (PSK) были конструктивно сложные, дорогие, и применялись на эксклюзивных спортивных автомобилях.
Отдельно стоит упомянуть систему полного привода, использующуюся фирмой Honda в автомобилях Acura MDX, Pilot, Ridgline. В задней оси этих машин дифференциал отсутствует, а передача момента на колеса осуществляется с помощью двух многодисковых муфт, которые нормально разомкнуты и замыкаются электромагнитными механизмами управления в случае пробуксовки передних колес. В результате в режиме полного привода машины имеют жестко блокированный межосевой и задний межколесный привод. Впрочем, условно-жесткий, поскольку каждая колесная муфта передает максимальный момент до 250 Нм, а в тяжелых дорожных условиях такой величины может не хватить, и диски начнут проскальзывать. Чтобы уберечь муфты от перегрева и поломки, в картер заднего моста установлен датчик, определяющий температуру масла. При нагреве масла свыше определенной температуры муфты размыкаются.
На большинство ныне выпускаемых серийных автомобилей устанавливаются системы полного привода с использованием многодисковых сцепных фрикционных муфт для автоматического подключения второй ведущей оси (как правило, задней) при пробуксовке передних колес. Системы работают на принципе разницы в угловых скоростях вращения колес, при пробуксовке колес основной ведущей оси муфта замыкается и подключается вторая ось. При выравнивании скоростей муфта вновь размыкается, а для езды на слабых грунтах предусмотрен режим «LOCK», при котором муфта постоянно замкнута на малых скоростях движения. Привод включения муфт выполняется электромагнитный или с помощью масляных насосов.
С методом подключения второй ведущей оси фрикционной муфтой не надо путать применение фрикционных муфт для изменения рабочих характеристик шестеренчатых дифференциалов, т.е. автоматического блокирования (полного или частичного) дифференциалов с помощью муфт. В дифференциальном приводе крутящий момент распределяет дифференциал, а муфта создает дополнительный момент трения, за счет чего повышается крутящий момент на колесах (осях), имеющих лучшее сцепление с дорогой.
В последние годы производители начали использовать многодисковые сцепные муфты для подключения передней ведущей оси на внедорожниках, изначально имеющих задний привод. В автоматическом режиме машина заднеприводная, но при намечающейся пробуксовке задних колес муфта за доли секунды замыкается, делая машину полноприводной, а через некоторое время, при выравнивании скоростей вращения колес передней и задней осей муфта опять размыкается. А при езде в условиях бездорожья в раздаточной коробке данных машин предусмотрен режим, при котором трансмиссия полностью блокируется зубчатыми муфтами, жестко связывающими выходные валы, в результате нагрузка с многодисковых муфт снимается, в передаче крутящего момента они не участвуют.
Некоторое производители утверждают, что данные системы автоматического полного привода еще более совершенны, чем межосевой шестеренчатый дифференциал и состоят из множества согласованных между собой устройств: муфта + датчики скорости вращения колес + система контроля оборотов двигателя + система контроля угла поворота колес + комп + система управления муфтой + система, принудительно сбрасывающая обороты двигателя + система, подтормаживающая колеса (если такая есть). Так это или нет, не мне судить – пусть это останется на их совести.
В заключение хочу констатировать печальный факт: по мере развития автомобильной индустрии намечается устойчивая тенденция замены старых добрых шестеренчатых межосевых дифференциалов многодисковыми фрикционными муфтами. Не побоюсь прослыть ретроградом и выскажу свое личное мнение: данный путь влечет усложнение и удорожание конструкции, уменьшение надежности и все больше и больше привязывает автомобиль к фирменному сервису.
Лев Тюрин, Новогорск, 2009
Список используемой литературы.
Александров Е.Б., Трикоз А.А., Шеметов С.В. Современные механизмы распределения мощности в трансмиссиях легковых автомобилей. Обзорная информация ЦНИИТЭИавтопром, 1989 г.
Коротоношко Н.И. Автомобили высокой проходимости, М, Машгиз, 1957.
Лефаров А.Х. Дифференциалы автомобилей и тягачей. М, Издательство «Машиностроение», 1972 г.
Решетов Д.Н. Детали машин. М, Машгиз, 1963 г.
Последний раз редактировалось Lew Пн дек 14, 2009 16:27, всего редактировалось 1 раз.
Lew
Спасибо.
Появилась пара вопросов. Возможно, дилетантских, но надеюсь меня простят...
Заранее спасибо.
Спасибо.
Появилась пара вопросов. Возможно, дилетантских, но надеюсь меня простят...
Еще со школы при изучении устройства автомобиля (по учебнику водителя 3-го класса) у меня в памяти не осталось ничего похожего на фрикционную муфту в синхронизаторах КПП. Возможно, за прошедшие с тех пор 25 лет что-то сильно изменилось. Что я неправильно помню, или что поменялось с тех пор?Lew писал(а):простейшими фрикционными муфтами являются синхронизаторы, используемые в коробках передач.
Что такое кинематический радиус ведущих колес? После объяснение этого термина, возможно мне станет понятно, почему он всегда у передних колес меньше, чем у задних.Lew писал(а):кинематический радиус передних ведущих колес всегда немного меньше, чем задних, ...
Заранее спасибо.
Истина стучится в дверь, а ты говоришь: "Пошла прочь, я
ищу истину". И она уходит. Непонятно...
ищу истину". И она уходит. Непонятно...
Кинематический радиус это расстояние между геометрическим центром колеса и мгновенным центром вращения. Опр-ся на основании измерения пути, пройденного колесом и совершенных им при этом оборотах. При полном (100%) буксовании он равен нулю.
Вот можно по ссылкам посмотреть
http://content.foto.mail.ru/mail/mar-ha ... /i-153.jpg
http://content.foto.mail.ru/mail/mar-ha ... /i-154.jpg
http://content.foto.mail.ru/mail/mar-ha ... /i-155.jpg
радиус колеса http://marrrrrrrrr.users.photofile.ru/p ... 665801.jpg
Вот можно по ссылкам посмотреть
http://content.foto.mail.ru/mail/mar-ha ... /i-153.jpg
http://content.foto.mail.ru/mail/mar-ha ... /i-154.jpg
http://content.foto.mail.ru/mail/mar-ha ... /i-155.jpg
радиус колеса http://marrrrrrrrr.users.photofile.ru/p ... 665801.jpg
Пример с синхронизатором из "Детали машин". Синхронизатор как узел, выравнивающий скорости вращания ведущего и ведомого валов представляет собой фрикционную муфту.у меня в памяти не осталось ничего похожего на фрикционную муфту в синхронизаторах КПП. Возможно, за прошедшие с тех пор 25 лет что-то сильно изменилось