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.

Классификация муфт

Самые востребованные виды муфт в автомобилестроении сегодня стандартизованы, однако существует ряд устройств, которые выполнятся по индивидуальным замерам к каждой конкретной марке автомобиля. Ввиду основного назначения муфты (передача вращающего момента без изменения его величины) выделяют несколько основных видов устройства:

• по принципу возможности управления — неуправляемые (постоянные, статичные) и самоуправляемые (автоматические);
• по группам и различающимся функциям в автомобиле — жесткие (к ним относятся втулочные, фланцевые и продольно-свёртные муфты);
• для корректировки угла соединения между двумя соосными валами применяют шарнирные муфты (основные их виды — зубчатые и цепные);
• по возможностям компенсирования нагрузок при езде (с использованием звездочного механизма, втулочно-пальцевые и элементы с оболочкой);
• по характеру соединения/разъединения двух валов (кулачковые, кулачково-дисковые, фрикционные и центробежные);
• полностью автоматические, то есть управляемые не зависимо от действий водителя (обгонные, центробежные и предохранительные);
• по использованию динамических сил (электромагнитные и просто магнитные).

Описание каждой позиции

Для более детального рассмотрения функций и строения каждых из муфтовых соединений предлагается следующее описание.

Неуправляемые

Характеризуются статичностью своего положения и простотой конструкции. Проводить различные настройки и коррективы в их работе можно только в специализированном автосервисе при полной остановке работы двигателя.

Глухая муфта представляет собой полностью статичное и четко фиксированное соединение между валами. Монтаж такого вида муфт требует особенно четкого центрования, так как если будет допущена хотя бы одна мелкая ошибка, работа валов будет нарушена или в принципе невозможна.

Втулочный вид муфт считается простейшим из всех типов глухих муфт. Этот элемент составлен из втулки, оснащенной штифтами. Применение втулочных муфт полностью себя оправдало на автомобилях, эксплуатация которых не подразумевает больших нагрузок (седаны городского типа). Традиционно глухие втулочные муфты устанавливают на валы с небольшим диаметром — не более 70 мм.

Фланцевая муфта считается на сегодняшний день одним из самых распространенных соединительных элементов в автомобилях всех типов. Она составлена из двух равноразмерых полумуфт, которые крепятся друг к другу болтовыми соединениями.

Этот вид муфт предназначается для соединения двух валов с диаметрами сечение 200 мм. Благодаря небольшому размеру и упрощенной конструкции фланцевые муфты позволяют их использовать как на бюджетных авто, так и машинах повышенной комфортности.

Компенсирующий вариант муфт (жесткая муфта) призван выравнивать все виды вмещения валов. По какой бы оси вал не двигался, все недочеты монтажа или езды транспортного средства будут сглажены. Благодаря работе компенсирующих муфт уменьшается нагрузка как на сами валы, так и на осевые подшипники, что обеспечивает длительность срока службы механизмов и автомобиля в целом.

Основной минус в эксплуатации данного вида муфт заключается в том, что отсутствует элемент, который позволил бы смягчать дорожные удары.

Кулачково-дисковая муфта имеет следующее строение: она вмещает в себя две полумуфты и один соединительный диск, который расположен между ними. Осуществляя свою работу, диск двигается по прорубленным в полумуфтах отверстиям и этим вносит коррективы в работу соосных валов. Разумеется, трение диска будет сопровождаться быстрым износом. Поэтому требуется плановая смазка поверхностей муфты и бережная, не агрессивная, манера езды на автомобиле. К тому же для продления срока службы кулачково-дисковые муфты выполняются сегодня из самых износостойких сплавов стали.

Строение зубчатой муфты определяется двумя полумуфтами, которые имеют специальные зубцы на своей поверхности. К тому же полумуфты дополнительно оснащены и обоймой с внутренними зубцами. Таким образом, зубчатая муфта может передавать вращающий момент сразу несколькими работающими зубцами, за счет чего обеспечивается и более высокая пропускная способность нагрузки. Благодаря своему строению эта муфта имеет весьма небольшие габариты, что делает ее востребованной в автомобилях всех типов.

Элементы для зубчатых муфт выполняются из сталей, насыщенных углеродом. Перед монтажом элементы в обязательном порядке проходят термообработку.

Компенсирующие муфты упругого соединения, в отличие от компенсирующих жестких муфт, не просто корректируют соосность валов, но также уменьшают силу нагрузки, которая появляется при переключении передач.

Втулочно-пальцевая муфта составлена из двух полумуфт, которые соединяются пальцами. На окончания пальцев с целью уменьшения силы нагрузки и ее смягчения надеты наконечники из пластичных материалов. При этом толщина самих наконечников (или втулок) сравнительно небольшая, поэтому и пружинящий эффект тоже не велик.

Эти муфтовые устройства широко применяются в комплексах электрических двигательных агрегатов.

Использование муфты с пружинами в виде змеи подразумевает передачу большого вращающего момента. Конструктивно это две полумуфты, которые оснащены зубцами уникальной формы. Между полумуфтами располагаются пружины в форме змеи. При этом муфта вмонтирована в чашку, которая, во-первых, сохраняет рабочее место каждой из пружин и, во-вторых, выполняет функцию подачи смазки на элементы механизма.

Муфта отличается повышенной стоимостью при производстве, однако ее долговечные рабочие характеристики позволяют устанавливать данный тип механизмов на автомобили премиум-класса.

Управляемые

Основное отличие от неуправляемых заключается в том, что смыкать и размыкать соосные валы можно без остановки работы двигательного агрегата. Из-за этого управляемые виды муфт требуют исключительно тщательного подхода к их монтажу и центрованию расположений валов.

Кулачковая муфта представляет собой две полумуфты, которые соприкасаются между собой специальными выступами — кулачками. Принцип работы таких муфт заключается в том, что при включении одна полумуфта своими выступами жестко входит в полости другой. Таким образом и достигается надежное соединение между ними.

Функционирование кулачковой муфты сопровождается повышенными шумами и даже ударами, из-за чего в конструкции принято использовать синхронизаторы. Из-за подверженности быстрому износу сами полумуфты и их кулачки выполняются из прочных видов сталей, а после закаливаются в огне.

Муфты вида фрикционных сцепных работают по принципу передачи вращающего момента за счет силы, возникающей от трения между поверхностями элементов. В самом начале рабочей деятельности между полумуфтами возникает проскальзывание, то есть обеспечивается плавное включение устройства. Трение же во фрикционных муфтах достигается путем соприкосновения нескольких пар дисков, которые располагаются между двумя равноразмерными полумуфтами.

Самоуправляемые

Это тип автоматических муфтовых соединений, который выполняет сразу несколько задач в машине. Во-первых, ограничивает величину нагрузок. Во-вторых, передает нагрузку только в строго заданном направлении. В-третьих, включаются или отключаются при определенном скоростном режиме.

Часто используемым видом самоуправляемых муфт считается предохранительная. Она включается в работу в тот момент, когда нагрузки начинают превышать какую-то установленную заводом-изготовителем машины величину.

Муфты центробежного типа устанавливают на транспортные средства для возможностей мягкого пуска. Это позволяет двигательному агрегату быстрее развить максимальную скорость.

А вот муфты обгона, напротив, выполняют передачу вращающего момента только в одном, заданном направлении. Это позволяет повысить скорость авто и оптимизировать работу его систем

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.

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.

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.

Устройство системы полного привода в Skoda Karoq

Вязкостная муфта или вискомуфта – это устройство, передающее крутящий момент от одного вала к другому за счет вязкостных свойств специальной жидкости, находящейся внутри муфты. Данный механизм получил широкое распространение в технике, однако автолюбителям он больше знаком в качестве устройства в трансмиссии автомобиля. Это простой и недорогой механизм, который способен обеспечивать как автоматическую блокировку дифференциала, так и автоматически подключаемый полный привод у большинства современных кроссоверов. Рассмотрим принцип работы, конструкцию, а также преимущества и недостатки популярного механизма трансмиссии.

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.

Устройство и основные компоненты

Схема вискомуфты: 1 – ведомая ступица; 2 – корпус муфты, связанный с приводным валом; 3 – ведомый диск; 4 – ведущий диск.
Основные компоненты вязкостной муфты – это плоские перфорированные диски, дилатантная жидкость и герметичный корпус. Пакет дисков с отверстиями делится на две группы: одна группа соединена с ведущим валом, другая – с ведомым валом. Все диски находятся на минимальном расстоянии друг от друга, при этом ведущие и ведомые чередуются. Дилатантная жидкость, заполняющая внутреннее пространство вискомуфты, представляет собой органическое вещество, основанное на силиконе. При активном перемешивании и нагреве вещество сгущается и переходит в твердое состояние. После расширения и затвердевания силиконового материала сильно возрастает давление на перфорированные диски, из-за чего они прижимаются друг к другу. Именно после этого задняя ось машины включается в работу.

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.

Переделка Лансер 10 на полный привод своими руками

Под полный привод обычно переделываются автомобили Митсубиси Лансер Х с двигателями на 1.8 и 2.0 литра. Комплект требуемых запчастей берется с аналогичных авто с полным приводом. Выполнять модернизацию машины рекомендуется согласно нижеприведенной инструкции.

Согласно электрическим схемам Лансера 2008 года необходимо проложить проводку.

Соединения рекомендуется сделать, как приведено на рисунке ниже.

Далее следует приступить к механической части. Демонтаж удобнее производить на подъемнике. При его отсутствии можно все выполнить на подпорках.

Для того, что бы демонтировать тормозную систему можно воспользоваться одним из способов:

1. Разъединить тормозную магистраль. Вынуть из крепления. При сборке развоздушить систему.
2. Разрезать металлическое крепление не нарушая герметичность тормозной магистрали.

Произвести демонтаж рычагов и сопутствующих элементов.

Снять все элементы, которые могут мешать установке.

Приступить к монтажу. Установить задние рычаги, собрать задний продольный рычаг.

Произвести монтаж заднего редуктора.

Состыковать полуось со ступицей. На это работы с задним мостом подходят к концу.

Поставить трансмиссию, предназначенную для работы с полным приводом.

Помимо механической работы потребуется активация полного привода. Для этих целей подойдет диагностический сканер или специальное мобильное приложение. После активации также потребуется настройка блока курсовой устойчивости автомобиля.

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.

Системы полного привода

Трансмиссии полноприводных автомобилей имеют различные конструкции. В совокупности они образуют системы полного привода. Различают следующие виды систем полного привода: постоянного подключения, подключаемые автоматически и подключаемые вручную.

Разные виды систем полного привода имеют, как правило, разное предназначение. Вместе с тем можно выделить следующие преимущества данных систем, определяющие область их применения:

• эффективное использование мощности двигателя;
• лучшая управляемость и курсовая устойчивость на скользком покрытии;
• повышенная проходимость автомобиля.

Система постоянного полного привода

Система постоянного полного привода (другое наименование – система Full Time, в переводе «полное время») обеспечивает постоянную передачу крутящего момента на все колеса автомобиля.

Система включает конструктивные элементы, характерные для полноприводной трансмиссии, а именно: сцепление, коробку передач, раздаточную коробку, карданные передачи, главные передачи, мелколесные дифференциалы задней и передней оси, а также полуоси колес.

Постоянный полный привод применяется как на автомобилях с заднеприводной компоновкой (продольное расположение двигателя и коробки передач), так и на автомобилях с переднеприводной компоновкой (поперечное расположение двигателя и коробки передач). Такие системы различаются в основном по конструкции раздаточной коробки и карданных передач.

Известными системами постоянного полного привода являются система Quattro от Audi, xDrive от BMW, 4Matic от Mercedes.

Сцепление обеспечивает кратковременное отсоединение двигателя от трансмиссии при переключении передач, а также предохранение элементов трансмиссии от перегрузок. Коробка передач служит для изменения крутящего момента, скорости и направления движения автомобиля. В автоматической коробке передач функцию сцепления выполняет гидротрансформатор.

Раздаточная коробка предназначена для распределения крутящего момента по осям автомобиля и его увеличения при необходимости. Современная раздаточная коробка включает цепную передачу (зубчатую передачу), обеспечивающую передачу крутящего момента на переднюю ось, понижающую передачу в виде планетарного редуктора (в отдельных конструкциях) и межосевой дифференциал.

Наличие межосевого дифференциала является отличительной особенностью раздаточной коробки системы постоянного полного привода. Для полной реализации полноприводных возможностей в конструкции системы предусматривается блокировка межосевого дифференциала.

Блокировка дифференциала может осуществляться автоматически или вручную. Современными конструкциями автоматической блокировки межосевого дифференциала является вискомуфта, самоблокирующийся дифференциал Torsen, многодисковая фрикционная муфта.

Ручная (принудительная) блокировка дифференциала производится водителем с помощью механического, пневматического, электрического или гидравлического привода. На некоторых конструкциях раздаточной коробки предусмотрены функции как автоматической, так и ручной блокировки межосевого дифференциала.

Карданные передачи обеспечивают передачу крутящего момента от вторичных валов раздаточной коробки на валы главных передач. Главная передача служит для увеличения крутящего момента и его передачи на полуоси колес.

Межколесный дифференциал обеспечивает распределение крутящего момента между ведущими колесами и позволяет полуосям вращаться с различными угловыми скоростями. В системах полного привода межколесный дифференциал применяется на передней и задней оси.

Для реализации полноприводных возможностей один или оба дифференциала имеют возможность блокировки. Блокировка межколесного дифференциала может осуществляться вручную или автоматически (вискомуфта, дифференциал Torsen). На современных автомобилях применяется электронная блокировка дифференциала.

Принцип работы системы постоянного полного привода

Крутящий момент от двигателя передается на коробку передач и далее на раздаточную коробку. В раздаточной коробке момент распределяется по осям. При необходимости водителем может быть включена понижающая передача. Далее крутящий момент через карданные валы передается на главную передачу и межосевой дифференциал каждой из осей. От дифференциала крутящий момент через полуоси передается на ведущие колеса. При проскальзывании колес одной из осей автоматически или принудительно производится блокировка межосевого и межколесного дифференциалов.

Система полного привода подключаемого автоматически

Система полного привода подключаемого автоматически (другое наименование – система On demand, в переводе «по требованию») является перспективным направлением развития полного привода легковых автомобилей. Данная система обеспечивает подключение колес одной из осей в случае проскальзывания колес другой оси. В обычных условиях эксплуатации автомобиль является передне- или заднеприводным.

Практически все ведущие автопроизводители имеют в своем модельном ряду автомобили с автоматически подключаемым полным приводом. Известной системой полного привода подключаемого автоматически является 4Motion от Volkswagen.

Конструкция системы полного привода подключаемого автоматически аналогична постоянному полному приводу. Исключение составляет наличие муфты подключения задней оси.

Раздаточная коробка в системе автоматически подключаемого полного привода представляет собой, как правило, конический редуктор. Понижающая передача и межосевой дифференциал отсутствуют.

В качестве муфты подключения задней оси используются вискомуфта или электронноуправляемая фрикционная муфта. Известной фрикционной муфтой является муфта Haldex, которая используется в системе полного привода 4Motion концерна Volkswagen.

Принцип работы системы полного привода подключаемого автоматически

Крутящий момент от двигателя, через сцепление, коробку передач, главную передачу и дифференциал передается на переднюю ось автомобиля. Крутящий момент через раздаточную коробку и карданные валы также передается на фрикционную муфту. В нормальном положении фрикционная муфта имеет минимальное сжатие, при котором на заднюю ось передается до 10% крутящего момента. При проскальзывании колес передней оси по команде электронного блока управления срабатывает фрикционная муфта и передает крутящий момент на заднюю ось. Величина передаваемого на заднюю ось крутящего момента может изменяться в определенных пределах.

Система полного привода подключаемого вручную

Система полного привода подключаемого вручную (другое наименование — система Part Time, в переводе «частичное время») в настоящее время практически не применяется, т.к. является низкоэффективной. Вместе с тем, именно эта система обеспечивает жесткую связь передней и задней оси, передачу крутящего момента в соотношении 50:50 и поэтому является по настоящему внедорожной.

Устройство системы полного привода подключаемого вручную в целом аналогично системе постоянного полного привода. Основные отличия – отсутствие межосевого дифференциала и возможность подключения переднего моста в раздаточной коробке. Необходимо отметить, что в ряде конструкций постоянного полного привода используется функция отключения переднего моста. Правда в данном случае отключение и подключение это не одно и то же.