Принцип работы вискомуфты полного привода

Когда удалось синтезировать одну из разновидностей силиконовой (кремнийорганической) жидкости, мало кто мог предположить, что она вызовет настоящую революцию в автомобильных трансмиссиях. У подавляющего большинства известных нам жидкостей с ростом температуры вязкость уменьшается. А эта ведет себя как газ — при нагреве становится более вязкой. Английская фирма «Фергюсон», которая специализируется на трансмиссиях для полноприводных автомобилей, исследовала разнообразные конструкции межосевых и межколесных дифференциалов механического типа. Но сколь бы хитроумными ни были воплощенные в них технические решения, почти у каждого обнаруживались недостатки. Трудность заключалась в необходимости сочетать два свойства: возможность вращения выходных валов механизма с разными скоростями и в то же время способность перераспределять передаваемый на них крутящий момент пропорционально сопротивлению вращению каждого из валов.
Идея дифференциала, работающего по принципу гидромуфты, не нова. Его практическое применение сдерживалось отсутствием жидкости с нужными физическими свойствами. Кремний-органические соединения, вернее одно из них, открыли путь в автомобильную технику так называемой вискомуфте, или гидравлической муфте с вязкой жидкостью.

Изменение передаваемого вискомуфтой крутящего момента (М) в зависимости от разницы в числе оборотов (Δn) ее дисков. Две кривые на графике соответствуют изменившейся в зависимости от температуры вязкости Θ силиконовой жидкости.

Чем больше взаимное проскальзывание движущихся в силиконовой жидкости пластин, тем больше возникающие между ними силы жидкостного трения. Вызванный этим трением нагрев сопровождается повышением вязкости жидкости, в результате чего сопротивление проскальзыванию пластин прогрессивно растет и одновременно увеличивается доля крутящего момента, передаваемого от одного вала такой гидромуфты к другому. Это явление иллюстрируется графиком: по горизонтали — разница в числах оборотов для валов вискомуфты, по вертикали — передаваемый «отстающему» валу крутящий момент. В конечном итоге наступает «блокировка» — сильно загустевшая жидкость как бы склеивает все пластины воедино.

Доля крутящего момента (%), передаваемого на задние ведущие колеса в зависимости от состояния дорожного покрытия:
А — все колеса на сухой дороге;
Б — передние ведущие колеса на льду;
В — все колеса на льду;
Г — задние ведущие колеса на льду.

Используя это свойство, можно, например, у переднеприводного автомобиля сделать ведущими также задние колеса (модификация «Синкро») и передавать к ним крутящий момент через вискомуфту. При движении по сухой дороге большая его часть будет направляться на передние колеса.
Однако, поскольку силиконовая жидкость достаточно вязка, даже без пробуксовки вращающихся элементов муфты на задние ведущие колеса (машина имеет постоянный, неотключенный привод на них) поступает 12—15% крутящего момента, развиваемого его двигателем (зона А на рис. 2).
Стоит передним колесам попасть на лед (зона Б), начинается их буксование, сопровождаемое резким усилением проскальзывания в вискомуфте. Почти мгновенно (через 0,2 секунды), но без рывка, она блокируется и автоматически перераспределяет крутящий момент в пропорции 77% на задние колеса и только 23% на передние.
Когда машина въезжает на обледенелую или покрытую жидкой грязью дорогу всеми четырьмя колесами (зона В), взаимное проскальзывание элементов муфты уменьшается (колеса пробуксовывают примерно одинаково) и доля крутящего момента, получаемого задними ведущими колесами, падает. Лишь только автомобиль передними ведущими колесами (зона Г) выходит на участок с высоким коэффициентом сцепления, муфта тут же передает на них около 85% крутящего момента.
Вискомуфта, в отличие от блокируемого межосевого дифференциала, действует плавно, без вмешательства водителя и, значит, не требуя от него навыков по выбору момента для включения блокировки. Она, бесспорно, способствует повышению безопасности движения. Кроме того, исключая работу двигателя в неблагоприятных в отношении расхода топлива режимах (с пробуксовкой ведущих колес), вискомуфта при езде на скользких дорогах экономит до 5% топлива.

Конструкция вискомуфты.
1 — вал привода к передним колесам;
2 — опорный подшипник;
4 — диск с отверстиями;
5 — диск с пазами;
9 — вал привода к задним колесам;
10 — шлицевая втулка;
11 — корпус муфты с внутренними шлицами;’

Простейший вариант такой муфты показан на рисунке. Здесь вал 1, связанный карданным валом с главной передачей передних ведущих колес, через шлицы соединен с корпусом 11. На внутренней поверхности его сделаны шлицы, с которыми через зубья соединен пакет тонких дисков, имеющих отверстия. В паре с этими дисками работает другой пакет дисков 5 с продольными пазами, который через шлицевую втулку 10 соединяется с валом 9 привода к задним колесам. Между дисками (их общее количество 59) обоих комплектов — зазоры от 0,2 до 0,4 мм. Отверстия и пазы создают дискам большую контактную поверхность с силиконовой жидкостью. Кстати, она занимает не весь объем, а 90%. Сделано это исходя из того, что при нагреве жидкость расширяется, полностью заполняя все зазоры между дисками, а имеющаяся воздушная подушка сжимается и оказывает давление на диски, уменьшая зазоры между ними. Схожую конструкцию имеет вискомуфта на Honda Civic Shuttle 4WD.

Конструкция вискомуфты Lancia Delta XF 4WD.
1 — вал привода к передним колесам;
2 — опорный подшипник;
3 — игольчатый подшипник;
4 — диск с отверстиями;
5 — диск с пазами;
6 — подшипниковая втулка;
7 — роликоподшипник;
8 — коническая шестерня привода к задним колесам;
9 — вал привода к задним колесам;
11 — корпус муфты с внутренними шлицами;
12 — картер.

У машин Lancia Delta XF 4WD и Lancia Prisma XF 4WD иное расположение и устройство вискомуфты. Она смонтирована в блоке с дифференциалом передних ведущих колес. Один ее вал 1 связан с крестовиной сателлитов этого механизма, другой прикреплен фланцем к конической шестерне 8, передающей вращение через карданный вал к задним ведущим колесам. Сама вискомуфта в этом случае сложнее. Помимо дополнительных игольчатого 3 и роликового 7 подшипников, более сложных по конфигурации деталей, таких, как вал 1, весь ее механизм заключен в картер 12, составленный из нескольких деталей. Планетарный редуктор, встроенный в трансмиссию «Лянча», передает 56% крутящего момента на передние колеса и 44% на задние. Таким образом, здесь вискомуфта, если можно так выразиться, имеет более «ограниченную власть».

Схема трансмиссии BMW 325 IX с приводом на все колеса
1 — вискомуфта;
2 — раздаточная коробка;
Полужирное начертание”3 — полуоси привода передних колес;
4 — дифференциал передних колес;
5 — карданный вал привода передних колес;
6 — карданный вал привода задних колес;
7 — дифференциал задних колес;
8 — полуоси привода задних колес.

В отличие от автомобилей, где полноприводная модификация выполнена на базе модели с передними ведущими колесами, BMW 325 IX развит из базовой модели с задними ведущими колесами. У него через вискомуфту постоянно подключен привод на передние ведущие колеса. И соответственно компоновке, при которой больше половины полной массы автомобиля приходится на задние колеса, раздаточная коробка в трансмиссии направляет у обеих моделей 64% крутящего момента к задним ведущим колесам. Интересно, что задний межколесный дифференциал заменен также вискомуфтой. Применение ее сводит к минимуму пробуксовку колес и потерю сцепления их на скользкой дороге, в частности на снегу и льду, упрощает управление машиной, способствует повышению средней скорости движения и некоторой экономии топлива.

Схема трансмиссии Lancia Delta XF 4WD с приводом на все колеса: 1 — вискомуфта;
3 — полуоси привода передних колес;
4 — дифференциал передних колес;
6 — карданный вал привода задних колес;
7 — дифференциал задних колес;
8 — полуоси привода задних колес.

Вязкостная муфта (или вискомуфта от лат. viscosus – вязкий) — это механическое устройство, которое передаёт вращающий момент посредством вязкой жидкости. Конструктивно она состоит из множества круглых пластин, имеющих выступы и отверстия. Эти пластины расположены очень близко друг к другу в герметичном корпусе. В муфте имеются две группы пластин: ведущие, соединённые с ведущим валом, и ведомые — с ведомым. Ведущие и ведомые пластины расположены чередуясь и соосно. Корпус заполнен дилатантной жидкостью, часто созданной на силиконовой основе. Когда пластины вращаются с одинаковой частотой, частицы жидкости почти не перемешиваются, и вязкость её невелика – через муфту передаётся крутящий момент. Когда один из валов начинает вращаться быстрее (или медленнее), чем другой, жидкость начинает перемешиваться, её вязкость, в силу дилатантных свойств, начинает прогрессивно возрастать. Жидкость может стать почти твёрдой и эффективно склеить пластины. В результате муфта может передавать больший крутящий момент. Величина момента определяется типом используемой жидкости, размером и количеством пластин, размером и формой отверстий и выступов в пластинах.

В некоторых вязкостных муфтах жидкость аккумулирует тепло, образующееся при вязком трении. Как следствие, жидкость расширяется, и расширение муфты приводит к прижатию пластин друг к другу, что увеличивает трение (не вязкое) между ними.

Эти устройства принципиально отличаются от гидромуфт и гидротрансформаторов тем, что используют вязкость жидкости для передачи момента, в то время как в гидромуфтах для передачи момента используются динамические свойства потока жидкости. Как следствие, вязкостные муфты менее требовательны к охлаждению. Величина передаваемого момента чувствительна к разнице скоростей вращения входного и выходного вала, но почти не зависит от абсолютных значений этих скоростей.

Содержание

Применение [ править | править код ]

Основное применение — полноприводные трансмиссии легковых автомобилей, где вискомуфта выполняет либо непосредственно роль эрзац-дифференциала, либо роль блокировочной муфты в дополнение к обычному дифференциалу.

В случае использования вискомуфты для обеспечения дифференциального вращения осей всегда следует понимать, что вискомуфта ни в коем случае дифференциалом не является: она не делит крутящие моменты и не разветвляет потоки мощности. В конструкциях таких трансмиссий всегда одна ось жёстко связана с мотором, а другая связана через вискомуфту, которая здесь располагается в разрезе вала привода своей оси до её межколёсного дифференциала. В штатных режимах движения ось, подключённая через вискомуфту, обеспечивает порядка 5-10% вклада в общую силу тяги. В относительно краткосрочных экстра-режимах пробуксовки основной ведущей оси вискомуфта теоретически позволяет перебросить на подключаемую ось до 100% эффективно используемой мощности, хотя зачастую обычно хватает и некоего переходного режима распределения тяги между осями. Время работы вискомуфты в заблокированном режиме обычно не слишком велико, и длительная её блокировка ведёт к перегреву и падению тягового усилия подключённой оси вплоть до нуля. Несмотря на этот недостаток, конструкция с подключаемой осью активно используется до сих пор на паркетных внедорожниках (обычно подключается задняя ось). Первой машиной с вискомуфтой в трансмиссии стал AMC Eagle 1980 года (подключалась передняя ось). Помимо внедорожников вискомуфта применялась на четвёртом-шестом поколении Porsche 911 (тип-993, тип-996, тип-997) на его полноприводных модификациях, в том числе 911-Турбо (подключалась передняя ось).

В случае использования вискомуфты для блокировки дифференциала, таковая связывает два любых его звена – либо корпус (водило) дифференциала и одно ведомое звено, либо оба ведомых звена, причём, оба варианта исполнения по своим возможностям идентичны. При взаимной пробуксовке звеньев вискомуфта выравнивает их угловые скорости вплоть до полной блокировки дифференциала. Такая конструкция использовалась например на межосевых дифферециалах Toyota Celica GT4 ST205, Subaru Impreza WRX GC8A и Alfa-Romeo 155Q4.

Производители вязкостных муфт [ править | править код ]

Кроме производителей оригинальных вязкостных муфт существует несколько международных производителей, специализирующихся на вторичном рынке автокомплектующих, например:

Дополнительная информация [ править | править код ]

«Visco» является товарным знаком Behr GmbH, Штутгарт. DPMA Registernummer 1130963 Текст ссылки,; Nizza-Klasse 12, 7: Flüssigkeitsreibungskupplungen für Maschinen und Landfahrzeuge

Автоматическое включение полного привода кроссовера обеспечивает вискомуфта —востребованный сегодня агрегат. Изобрели его в начале 20 века в Америке, но впервые применили только в 1964 году. Сейчас едва ли не каждый второй автолюбитель пользуется вязкостной муфтой.

Где стоит вискомуфта и за что отвечает?

Деталь является частью трансмиссии. Предназначение — передача и стабилизация крутящего момента. Выполнение этих функций происходит за счет вязкой жидкости. Она размещена в разрезе вала привода. В трансмиссиях одна ось связана с мотором, вторая с межколесным дифференциалом — она-то и проходит через вискомуфту. На нее приходится до 10% силы тяги. Устройство заключено в металлический корпус, в котором множество дисков с перфорацией. Они составлены так, что перемещение ведущих и ведомых дисков происходит на небольшом расстоянии друг от друга. Закрытый корпус заполнен силиконовой жидкостью. Она имеет вязкую структуру, но способна разжижаться при интенсивном перемешивании.

Безупречность системы можно поставить под сомнение, так как никакого регулирования смыкания дисков не происходит. Процесс пущен на самотек и находится в зависимости от степени загустения жидкости.

У системы есть и другие минусы:

• массивность конструкции;
• невозможность принудительной активации;
• небольшая устойчивость к перегреванию.

Еще один минус – муфта срабатывает не сразу, а через некоторое время. Это не имеет особого значения, если устройство применяется для активации привода радиаторного вентилятора – но когда много времени тратится на активацию полного привода, это уже нехорошо.

Как работает вискомуфта?

Принцип работы вискомуфты основан на смене степени густоты жидкости, которой заполнен корпус. Чем интенсивнее она перемешивается, тем гуще становится. Когда машина идёт равномерно, основные и ведомые диски движутся с одинаковой скоростью, перемешивания жидкости между ними не происходит. Когда валы (основной и ведомый) начинают вращаться с различной скоростью, диски также вращаются неравномерно. Вращение ведущих дисков в этом случае идентично вращению основного вала. Вязкость наполнителя повышается, что способствует передаче вращающего момента от одного вала к другому.

Если разница в оборотах дисков будет повышаться, увеличится и вязкость наполнителя. Это приведет к блокировке вязкостной муфты. Если деталь стоит в полном приводе, ее наличие способствует подключению заднего моста, когда в этом есть необходимость. При несоответствии угловой скорости оборотов колес на разных мостах механизм срабатывает и начинается распределение момента между мостами. Так и происходит автоматическая блокировка межосевого дифференциала.

Полный привод нужен для езды по некачественному дорожному покрытию, во время гололеда или в городе, но для полного бездорожья он не подходит. Это связано с запаздыванием начала работы механизма при смене сцепления шин с дорогой, что в конечном итоге может привести к выходу из строя механизма. Муфта может быть очень полезна для разгрузки колес при поворотах.

Вязкостная муфта также применяется и в вентиляторе радиатора. Она запускает вентилятор, когда ОЖ поступает в радиатор под давлением, обеспечиваемым термостатом. Конструкция такой муфты дополнена емкостью для рабочей жидкости и клапаном.

Типичные неисправности вискомуфты

Механизм может прослужить долго — до 500 000 км пробега. По истечении этого срока его приходится менять из-за износа. Выполненные из биметалла пластины могут разрушиться.

Распространенная неисправность – утечка жидкости из корпуса. Механизм придется демонтировать и разбирать, чтобы осуществить долив. Так как жидкость отличается высокой степенью вязкости, для полного заполнения плоскости потребуется некоторое время. Долив следует осуществлять без спешки.

Подшипники тоже часто выходят из строя. Когда это происходит, в области механизма слышится характерный шум. Для снятия подшипника используют специальный съемник. Съёмники бывают универсальными и "заточенными" под определенный автомобиль. После смены подшипника стоит сменить силиконовую жидкость.

Среди типичных неисправностей – "биение" лопастей вентилятора и их разрушение.

Как проверить вискомуфту?

Чтобы выполнить проверку устройства, установите автомобиль на ровную площадку. Двигатель предварительно прогрейте. Руль поверните до упора в любую из сторон, тормоз отпустите.

Вискомуфта исправна, если автомобиль медленно движется без нажатия на педаль газа.

Неисправна, если машина не трогается с места без нажатия на педаль газа.

Есть радикальный способ проверки. Узел придется снять. Его кладут в емкость с кипятком. Затем нужно пробовать его крутить. Свободного вращения происходить не должно — оно будет свидетельствовать о поломке.

Проверку по косвенным признакам производят так:

1. Попытайтесь прокрутить рукой холодный мотор. Лопасти должны вращаться с усилием, инерционного хода быть не должно.
2. Во время запуска мотора движение его лопастей является синхронным с оборотами мотора. При этом слышится сильный шум, который полностью пропадает примерно через минуту.
3. Прогрейте мотор. Возьмите газету и сверните ее в трубочку. Попытайтесь газетой остановить лопасти работающего мотора. Лопасти должны останавливаться с усилием.

Эти признаки свидетельствуют об исправности вязкостной муфты.

Как отремонтировать вискомуфту

При утечке жидкости вследствие разгерметизации корпуса муфту вентилятора можно попробовать отремонтировать.

Прежде всего снимите узел. Под пружинной пластинкой устройства есть отверстие для залива жидкости. Вытащите штифт и при помощи шприца долейте жидкость. В момент залива узел расположите горизонтально. Отверстие для залива должно быть сверху. Шприц вставляем в отверстие без иглы. Выдавливаем жидкость постепенно. Для заполнения всего пространства корпуса нужно подождать. Во время ожидания шприц вынимать из отверстия не следует. После процедуры штифт ставим на свое место, излишки рабочей жидкости удаляем.

Если из отсека с вентилятором слышен шум, стоит заменить подшипники. Для этого узел демонтируют, разбирают, сливают всю жидкость.

Лучше поменять?

Устройство вискомуфты полного привода делает ее ремонт невозможным — можно только заменить. Сделать это просто. Придется открутить всего несколько болтов крепления. Вместе с муфтой рекомендуется поменять и приводной ремень вентилятора охлаждения.

Если вы не уверены, что обладаете достаточными навыками для самостоятельного ремонта, обратитесь за помощью в автосервис. Мастера поменяют вязкостную муфту в соответствии с рекомендациями производителя.

Источник: automotogid.ru