Как работает муфта свободного хода

Обгонная муфта генератора: что это, строение, принцип действия

Мало кто знает, что в конструкциях транспортных средств есть, так называемая, обгонная муфта. Обгонная муфта — это устройство, которое служит для защиты ведущего вала, если ведомый вал вдруг начинает вращаться с большей скоростью вращения, чем ведущий. То есть, обгонная муфта, она же муфта свободного хода предотвращает передачу крутящего момента от ведомого вала ведущему.

Виды муфтовых соединений

Муфтой называется особое устройство (элемент транспортного средства), которое соединяет концы валов и расположенных на них подвижных деталей. Суть такого соединения — передать механическую энергию без потерь ее величины. При этом, в зависимости от назначения и конструкции, муфты могут соединять и два вала, которые расположены в непосредственной близости друг от друга.

Роль муфтовых соединений в эксплуатации автомобиля трудно переоценить: они предназначены для того, чтобы снять высокие нагрузки с механизмов, корректировать ход валов, обеспечивать разъединение и соединение валов в период работы и т.д.

Гидромуфта и все,что необходимо о ней знать.

В некоторых видах двигателей устанавливается привод вентилятора с охлаждающей функцией от коленвала. Соединение осуществляется через специальную деталь, называемой гидромуфтой. В чём суть действия этого прибора, строение и процесс его функционирования, пойдёт речь в данной статье. Также немаловажным фактором является правильное использование данного узла, технические особенности и, в случае необходимости, проведение ремонта.

Устройство и принцип работы многодисковой фрикционной муфты

Многодисковая фрикционная муфта – это разновидность механизмов передачи крутящего момента, состоящий из пакета фрикционных и стальных дисков. Момент передается за счет силы трения, возникающей при сжатии дисков. Многодисковые муфты широко используются в различных узлах трансмиссии автомобилей. Рассмотрим устройство, принцип действия, а также плюсы и минусы данных механизмов.

ХАБы на внедорожнике: минимизация нагрузки на автомобиль

В последнее время акценты престижности у обладателей автомобилей неуклонно смещаются в сторону внедорожников, некоторые модели которых ценятся выше, чем пресловутые Мерседесы и БМВ. Оно и понятно: солидное с виду авто, к тому же прекрасно приспособленное для наших дорог, которые человек из-за рубежа вряд ли отличит от бездорожья. Но есть у внедорожных транспортных средств и недостатки, особенно у тез, которые не могут похвастаться неотключаемым полным приводом. Впрочем, и у отключаемых при движении по трассе передний мост остаётся нагруженным – это касается и полуосей, и карданного вала, и редуктора, и раздатки. Все они вращаются «вхолостую», поскольку жёстко связаны с передними колёсами. Это увеличивает износ вышеназванных узлов и приводит к заметному росту расхода горючего. Данную проблему и призван решать ХАБ, который официально называется муфтой свободного хода.

Как выбирать ХАБы на внедорожник.

Как работает муфта

Разберем принцип работы муфты роликового типа, потому что этот вид механизма чаще встречается в автомобильной промышленности.

Роликовая муфта состоит из двух полумуфт: первая половина муфты жестко закреплена на приводном валу, другая половина соединена с ведомым валом. При вращении вала двигателя по часовой стрелке ролики муфты перемещаются в узкую часть зазора между двумя полумуфтами под действием сил трения и пружин. Впоследствии происходит заклинивание и крутящий момент передается от ведущей полумуфты к ведомой.

Когда ведущая полумуфта поворачивается против часовой стрелки, ролики перемещаются к широкой части зазора между двумя половинками муфты. Ведущий вал и ведомый вал разделены, и крутящий момент больше не передается.

По принципу действия отметим, что муфта роликового типа передает крутящий момент только в одном направлении. При повороте в обратном направлении муфта просто прокручивается.

Принцип работы 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.

Строение обгонной муфты генератора

Наиболее успешно создаваемые и эффективно работающие такие муфты делятся на два вида:

• фрикционные;
• храповые.

Муфты фрикционного типа бывают подразделяются на следующие разновидности:

• • с ленточными механизмами;
  • с пружинными механизмами;
  • муфты клиновые обгонные.
  • с радиальным замыканием;
  • с осевым замыканием;

  В конструкциях автомобилей наибольшее применение получили роликовые обгонные муфты — это клиновые и с пружинными механизмами.

  Строение обгонных муфт:

  

  

  1. Обойма наружная. Внешняя обойма зацепляется со шкивом.
  2. Обойма внутренняя. Внутренняя обойма соединяется с якорем — валом генератора.
  3. Ролики в два ряда. Они являются соединительными элементами наружной и внутренней обойм. Первый ряд роликов — это игольчатые подшипники. Второй ряд — это спец профилированные фигуры, свободно катающиеся в обойме и являются стопором.
  4. Контактная пластина с установленной в ней сальником.
  5. Втулка цилиндрическая.
  6. Втулка с наклонными плоскостями.
  7. Крышка пластиковая.
  8. Прокладка из материала эластомер.
  9. Профиль со шлицами.

  Внимание! Запрещается эксплуатировать обгонную муфту генератора без крышки.

  Свойства

  Отметим основные свойства, которыми обладают гидромуфты:

  • Ведомые и ведущие валы действуют вне зависимости друг от друга. К примеру, когда ведомый вал находится в покое, то в это время ведущий вал может функционировать или соответствовать промежуточному значению угловой скорости. Но отметим, что значение последней не может равняться скорости вращения ведущего вала. Обычно её значения меньше на 2 – 3%.
  • Именно гидравлические муфты смогут обеспечить плавное начало движения транспорта и плавный набор разгона.
  • Строение организовано таким образом, что в ней отсутствуют детали, которые тесно соприкасаются между собой. Другими словами отсутствует процесс трения деталей, а следовательно, их износ сводится к минимуму.
  • Гидромуфта сдерживает крутильные колебания.
  • С её помощью обеспечивается бесшумное функционирование передач.
  • Обеспечивается высокие показатели коэффициента полезного действия, до 0,96 – 0,98.
  • Высокая степень надёжности при эксплуатации.С их помощью можно организовать управление, как на дистанционном, так и на автоматическом уровне.

  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.

  

  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.

  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.

  Для чего нужна обгонная муфта генератора

  

  Обгонная муфта устанавливается на шкив вала генератора. Стопорные ролики воспринимают основную нагрузку. Во время работы двигателя автомобиля, в момент когда происходит воспламенение топливно-воздушной смеси в рабочих камерах цилиндра, коленчатый вал разгоняет внешнюю обойму муфты генератора. Стопорные ролики замыкаются и начинают удерживать внешнюю, и внутреннюю обоймы вместе, тем самым передают вращательное движение якорю, то есть начинается раскручиваться и вал генератора.

  

  В момент работы мотора, когда в рабочих камерах цилиндров не происходит воспламенения, а сжатие идет, то коленчатый вал ДВС притормаживается, а внутренняя обойма, которая на валу генератора начинает обгонять внешнюю обойму, которая соединяется шкивом и ремнем с коленвалом. Чтобы не было воздействия на вращение коленвала и поломки обойной муфты генератора, конструкция муфты справляется с такой ситуацией. А именно, когда вал генератора вращается быстрее коленвала, стопорные ролики погружаются в спец канавки или поворачиваются боком, тем самым разъединяют внешнюю и внутреннюю обоймы друг от друга. В разъединенном состоянии обоймы вращаются независимо друг от друга. Такая конструкция муфты и ее принцип действия позволяет избежать негативного воздействия силы инерции. Если бы обоймы не разъединялись вовремя, происходило бы проскальзывание ремня, нагрузка на валы двигателя внутреннего сгорания и генератора.

  Устройство и принцип работы обгонной муфты генератора

  Обгонная муфта генератора устроена достаточно просто. Она имеет в своей конструкции две цилиндрические обоймы: внутреннюю и внешнюю. Первая из них находится в зацеплении с валом генератора (а через него, следовательно, с якорем), а вторая — со шкивом. Между этими обоймами располагаются рабочие элементы механизма, благодаря которым он и выполняет свои функции.

  

  Устройство обгонной муфты генератора

  Одними из них являются ролики, которые располагаются в несколько уровней и в совокупности представляют собой ни что иное, как роликовые подшипники. Помимо них между обоймами обгонной муфты находятся специальные металлические элементы, имеющие определенный профиль. Они собраны в отдельную обойму, которая играет роль стопорного устройства. С обоих торцов обгонной муфты располагаются сальники, которые предотвращают попадание внутрь нее пыли и грязи.

  Принцип работы обгонной муфты достаточно прост и в то же самое время изящен. В тот момент, когда начинается очередной цикл работы двигателя внутреннего сгорания (то есть когда в его цилиндрах воспламеняется топливная смесь), скорость вращения внешней обоймы, на которую следует привод от коленчатого вала через шкив и ремень, начинает расти. В результате этого стопорное устройство «замыкается», внешняя часть муфты связывается с частью внутренней, вал и якорь генератора раскручивается.

  После того, как цикл завершается, происходит вывод отработанных газов, коленчатый вал начинает вращаться с меньшей скоростью. Внутренняя обойма начинает обгонять внешнюю, и чтобы она не притормаживалась, стопорное устройство «размыкается», на время лишая ее жесткой связи с муфтой внешней. Далее цикл начинается снова, происходит «замыкание» стопорного устройства и процесс повторяется. Таким образом, применение обгонной муфты позволяет «обмануть» инерцию, а точнее — практически полностью нивелировать ее воздействие на шкив и ремни генератора.

  Читайте также: Что такое ремень ГРМ и для чего он нужен в автомобиле.

  История

  Своим рождением гидротрансформатор и гидромуфта обязаны развитию судостроения в конце XIX века. С появлением на кораблях морского флота паровых машин возникла острая необходимость в новом дополнительном механизме, который позволял бы плавно передавать крутящий момент от паровых двигателей к большим и тяжелым гребным винтам, погруженным в воду. Такими устройствами стали гидромуфта и гидротрансформатор, которые запатентовал в 1905 году немецкий инженер и изобретатель Герман Феттингер. Позже эти механизмы адаптировали для установки на лондонские автобусы, а затем на автомобили и первые дизельные локомотивы для более плавного начала движения.

  Плюсы и минусы

  Обгонная муфта имеет следующие достоинства:

  • автоматическое включение и выключение механизма (муфта не требует операций управления);
  • конструкция узлов и агрегатов машин упрощена благодаря механизмам свободного хода;
  • простота конструкции.

  Обратите внимание, что муфта с храповым механизмом надежнее роликового устройства.

  При этом храповой механизм ремонтопригоден, в отличие от роликового. Попытка отремонтировать роликовый механизм — пустая трата времени, поскольку это неразъемный узел. Обычно при поломке устанавливается новая аналогичная деталь. Не используйте ударные инструменты при установке новой роликовой муфты, так как механизм может заклинивать.

  • Читайте также:

    Вибрация на ниве после замены эластичной муфты

  Обгонная муфта не лишена недостатков. К недостаткам роликовой обгонной муфты относятся:

  • не регулируется;
  • точная центровка валов;
  • большая точность производства.

  Храповый механизм имеет следующие недостатки:

  • Основным недостатком является удар, когда собачка зацепляется с зубьями. По этой причине этот тип механизма свободного хода нельзя использовать в агрегатах, работающих с высокой скоростью, или в случаях, когда требуется высокая частота переключения.
  • Храповая муфта работает с шумом. Обратите внимание, что теперь существуют механизмы, в которых собачка, двигаясь по часовой стрелке, не касается храпового колеса и, следовательно, не издает шума.
  • Из-за высоких нагрузок изнашиваются зубья храпового колеса и выходит из строя сама муфта.

  Как проверить обгонную муфту генератора?

  Явным симптомом того, что муфта и ремень выходят из строя, является дребезг в салоне (водитель ни с чем не спутает это звук) и существенная вибрация при медленном движении транспортного средства (либо тогда, когда авто находится на тормозе или передаче).

  

  Проверить исправность обгонного механизма можно следующим образом:

  • открыть капот ТС, завести автомобиль;
  • раскрутить примерно до четырех тысяч оборотов двигатель;
  • отключить зажигание.

  

  После этого необходимо прислушаться к своему «железному коню». Если вы слышите некий остаточный звук, напоминающий звук остановки турбины, значит, муфта функционирует вполне адекватно, и проблема не в ней. Если же указанного характерного «звучания» не наблюдается, вероятнее всего, обгонная муфта выработала свой ресурс.

  • при запуске двигателя появляется свист;
  • от ролика натяжителя доносятся щелчки;
  • ремень начинает «прыгать», не заметить это сложно.

  Неисправности могут возникнуть по разным причинам, например, при попадании грязи в механизм, из-за неправильной установки генератора и по причине естественного износа. В принципе с неисправной обгонной муфтой (если она, конечно, не заклинила) можно эксплуатировать автомобиль, однако это чревато быстрым износом ременной передачи и подшипников генератора. Чтобы избежать дополнительных финансовых затрат лучше своевременно устранить неисправность своими руками или обратившись в ближайший автосервис. Ремонт муфты не практикуется, проще купить новую деталь. Поменять можно самостоятельно, для этого необходимо демонтировать генератор и открутить болт крепления муфты битой Torx, после чего устанавливается новая деталь и фиксируется тем же болтом.

  Основные виды применяемых сегодня муфт

  Достаточно широкой популярностью на рынке автомобилестроения пользуется муфта Haldex. Первое поколения этой муфты для полноприводных автомобилей вышло еще в 1998 году. Муфта блокировалась только на передней ведущей оси в момент пробуксовки колес. Именно по этой причине Haldex в то время получила много негативных отзывов, так как работа этой муфты не позволяла мягко управлять автомобилем во время заносов или пробуксовки.

  • Читайте также:

    Масло для муфты haldex

  

  С 2002 года вышла усовершенствованная модель Haldex второго поколения, с 2004 — третьего, с 2007 — четвертого, а с 2012 года вышло последнее, пятое поколение. На сегодняшний день муфта Haldex может устанавливаться как на переднюю ось, так и на заднюю. Управление автомобилем стало значительно более удобным благодаря как конструкционным особенностям муфты, так и инновационным доработкам вроде постоянно работающего насоса или фрикциона с управлением от гидравлики или электричества.

  

  Муфты этого вида активно используются на автомобилях Volkswagen.

  Однако более употребительными (устанавливаются на автомобили Skoda, Volvo, Kia и другие) считаются муфты вида Torsen. Эта муфта была разработана американскими инженерами специально для дифференциальных устройств повышенного трения. Способ работы Torsen весьма прост: он не выравнивает подачу крутящего момента на буксующие колеса, а просто перенаправляет механическую энергию на то колесо, которое имеет более надежное сцепление с дорожным покрытием.

  

  Преимущество дифференциальных устройств с муфтой Torsen заключается в их дешевизне и моментальной реакции на любые изменения работы колес во время езды. Муфта неоднократно дорабатывалась, и на сегодняшний день ее можно считать наиболее популярной в современном автомобилестроении.

  Преимущества и недостатки

  Преимущества многодисковой фрикционной муфты:

  • компактность;
  • при использовании многодисковой муфты значительно уменьшаются габариты узла;
  • передача существенного крутящего момента при малых размерах механизма (за счет увеличения количества дисков);
  • плавность работы;
  • возможность соосно соединять ведущий и ведомый валы.

  Однако, данный механизм не лишен недостатков. Например, при работе может наблюдаться пригорание стальных и фрикционных дисков. У мокрых многодисковых муфт при изменении вязкости смазочного материала также меняется коэффициент трения.

  Признаки неисправности

  Согласно исследованиям, проведенным целым рядом экспертов в области автомобильного транспорта, использование обгонной муфты позволило не только увеличить ресурс ремней и шкива генератора, но и существенно сократить инерционную нагрузку на другие элементы силовой установки, снизить вибрации, а также уровень шума. Нужно, однако, иметь в виду, что обгонная муфта генератора также имеет свой ресурс и срок службы, и может периодически выходить из строя.

  По своей конструкции она, по сути дела, представляет собой несколько измененный подшипник качения. Соответственно, как только с ней происходит какая-либо серьезная неприятность, ее просто заклинивает. Это означает, что ременная передача, которую обслуживает это полезное и эффективное устройство, моментально превращается в обычную. Инерция перестает компенсироваться, начинается ускоренный износ ремня.

  Для того чтобы вовремя обнаружить неисправность обгонной муфты генератора и заменить ее, необходимо знать, какие симптомы сигнализируют о поломке этого устройства. Таковых, как показывает практика, три:

  • «Прыгание» ременной передачи;
  • Свистящий шум при включении двигателя;
  • Щелчки натяжителя.

  Как только хотя бы один из этих признаков начнет проявляться, необходимо обращаться на станцию технического обслуживания, мастера которой проведут диагностику обгонной муфты генератора. Если окажется, что она действительно вышла из строя, то ее придется менять, поскольку ремонт таких узлов практически не производится.

  Нюансы выбора ХАБа для внедорожника

  Но если вы твёрдо уверены, что для вашего автомобиля муфта свободного хода нужна, придётся решить другую дилемму: какое именно устройство предпочесть, ручное, автоматическое или вакуумное. Впрочем, играет роль и конкретная модель внедорожника – не для всех из них выпускаются ХАБы определённого вида. И всё же главный фактор, определяющий выбор – это условия эксплуатации автотранспортного средства. Если вы проживаете в сельской местности, и бездорожье для вас является основным способом передвижения, лучше отдать предпочтение ручным муфтам. Для городского жителя, достаточно редко выезжающего за пределы мегаполиса, лучшим выбором будут автоматическая муфта.

  Поддержание муфт в рабочем состоянии

  Как и любой другой агрегат или механизм транспортного средства, муфтовые устройства нуждаются в качественном обслуживании. Специалисты ГК Favorit Motors выполнят корректировку работы муфт любого типа или замену каких-либо их составляющих.

  Применение вискомуфты

  Вязкостная муфта, в основном, устанавливается на автомобили с повышенной проходимостью в качестве автоматической блокировки межосевого дифференциала (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.

  Сколько стоит обгонная муфта

  Цена муфты генератора зависит от марки и модели автомобилей:

  • Если покупать оригинальную, то для машин класса «В», «С» обгонная муфта обойдется до 3000 рублей.
  • Для авто класса «D» цена будет до 4000 р.
  • Для авто представительского класса муфта будет стоить до 12 000 рублей. Генераторы в дорогих машинах большие.

  При замене обгонной муфты желательно заменить сразу ремень генератора, натяжитель и ролики приводов.

  Выше приведенные цены это за оригинальные запчасти. Если брать китайские, то можно взять от 700 рублей.

  Гидромуфты подразделяются на регулируемые и замкнутые.

  Регулируемые гидромуфты предназначены, как правило, для относительно неглубокого (до 30-40%) регулирования частоты вращения ведомого вала привода. Наиболее экономичным такое регулирование является лишь для машин, у которых мощность нагрузки в процессе работы изменяется пропорционально кубу частоты вращения турбины, т.е. N₂=(i 3 ) Nн (Nн- номинальная мощность при полной скорости и n₁=const.). К таким машинам относятся мощные (до15тыс.квт) центробежные насосы, турбогенераторы, вентиляторы. Менее экономичным регулирование с помощью гидромуфт является в случае, когда мощность изменяется пропорционально квадрату частоты вращения ,т.е. N₂=(i 2 ) Nн. Максимальные потери мощности Nпот. в первом случае составляют Nпот.= 0,148 Nн при i=0,666, а во втором случае 0,25 Nн- при i=0,5. Для многих лопастных машин регулирование гидромуфтой имеет ряд преимуществ по сравнению с другими способами регулирования скорости.

  Заключение

  Включением гидромуфты в состав привода достигается существенное улучшение его статических и динамических характеристик, что способствует повышению эксплуатационной надежности машин.

  Гидромуфта, способная в режимах пуска и торможения ограничивать заданным значением крутящий момент, является эффективным быстродействующим средством защиты от недопустимых перегрузок двигателя, механической передачи и машины в целом.

  Обладая свойствами демпфирования и гашения крутильных колебаний, пульсирующих и пиковых нагрузок, гидромуфта позволяет увеличить срок службы машин.

  Гидромуфты ведущих фирм Запада широко используются во всех отраслях промышленности большинства стран мира. В то же время в России так же, как и в странах СНГ, наблюдается значительное отставание в сфере серийного производства и применения гидромуфт, что снижает технический уровень и эксплуатационную надежность многих отечественных машин.