История применения муфт в межосевом приводе.

[Mar 3]

- Если бы сейчас была дискуссия, - начала женщина,

волнуясь и загораясь румянцем, - я бы доказала

Петру Александровичу...

- Виноват, вы не сию минуту хотите открыть

эту дискуссию? - вежливо спросил Филипп Филиппович.

М.А. Булгаков Собачье сердце.

Вместо предисловия.

Уже больше полугода между мной и уважаемыми членами Клуба владельцев Mitsubishi Outlander XL (а также примкнувшими к ним отдельными авторитетными товарищами) ведется дискуссия об устройстве системы полного привода Outlander XL. В частности, свет сошелся клином на работе многодисковой фрикционной муфты, которая подсоединяет заднюю ось этой машины. Я утверждаю, что диски в муфте разомкнуты (нормально разомкнутая муфта), а при пробуксовке передних колес исполнительный механизм за доли секунды замыкает диски, в результате подключается вторая ведущая ось. А в режиме «ЛОК» муфта постоянно замкнута на малых скоростях, при превышении определенного лимита скорости диски размыкаются.

Оппоненты утверждают, что муфта постоянно замкнута, кроме того, имеется постоянная пробуксовка дисков, в результате вторая ведущая ось всегда подключена и машина имеет постоянный полный привод (и никаких там «по требованию»).

Кто из нас прав, покажет время. Но изучая этот вопрос, я пролопатил множество научно-технической литературы и наткнулся на уникальные описания различных конструкций полноприводных трансмиссий, о которых большинство даже не подозревает. И вот в один прекрасный день мои пальцы ухватили карандаш и перенесли на лист бумаги все то, что показалось мне интересным и увлекательным. Получилось нечто подобное научно-популярной статьи, которая поначалу была краткой, потом стала расти, пухнуть и в итоге переросла в некое литературное произведение, претендующее быть напечатанным в серьезном жыперском журнале. Только вот сомнения меня берут, а нужна ли такая статья автомобильным журналам, которые погрязли в гламуре, креативе и заказухах?

Видя, что на данном форуме общается множество людей, увлеченных шестеренками и душой своей любящих полноприводные автомобили, я решил выложить статью здесь и спросить совета: подходит ли данная статья автомобильным журналам, не скучна ли она, не сложна ли для понимания, короче, посоветуйте, что дальше с ней делать?

[Mar 3]

Плоха та муфта, которая хоть раз в жизни не мечтает стать межосевым дифференциалом

Мар

История применения муфт в межосевом приводе.

При конструировании первых автомобилей с двумя ведущими осями встал вопрос о том, какой тип межосевого привода использовать на той или иной машине – дифференциальный или блокированный (без межосевого дифференциала). На тракторах и специальных автомобилях, 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 начали думать, как сделать отключение/подключение второй оси автоматическим. Был использован механизм автоматического действия, представляющий собой роликовые муфты свободного хода. В обычном режиме (вне дорог) муфта была замкнута, а при выезде на твердую поверхность муфта автоматически размыкалась и машина (трактор) становилась заднеприводной. Отключение происходило тогда, когда колеса передней оси начинали вращаться быстрее, чем задней, обычно во время поворота. Но чтобы не ждать поворота, для обеспечения быстрого и стабильного рассоединения муфт на дорогах с твердым покрытием конструкторами было специально заложено кинематическое несоответствие скоростей вращения колес осей. Передаточное число переднего моста было сделано больше, чем заднего, в результате передний приводной вал стал вращаться от колес с числом оборотов больше, чем у заднего вала на 4-8%, при выезде на сухую дорогу передняя ведущая ось отключалась от трансмиссии (передние колеса «уезжали» от задних) и машина (трактор) двигалась за счет задней оси. 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, в результате муфта замыкалась.

Следующим этапом развития идеи автоматического подключения второй ведущей оси с помощью муфт стало конструирование полноприводных автомобилей на базе переднеприводников с поперечно расположенным мотором, что затрудняет установку в них раздаточной коробки. Для подключения задней оси стали использовать вискомуфты.

Например, у Гольф-2 синхро задняя ось подключалась через 0,2 с. с начала проскальзывания передних колес с помощью вискомуфты, которая в вязкостном режиме могла передавать крутящий момент до 500 Нм. 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 Subaru Rex Twin Visco 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 вискомуфты имелся маленький недостаток – ею 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 механизмы управления.

Некоторые известные фирмы очень серьезно подошли к развитию идеи использования фрикционных муфт, в результате чего возникли настоящие технические шедевры.

Так, фирма Daimler-Benz с 1986 года 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, в результате крутящий момент распределялся дифференциалом между передней и задней осями в пропорции 35:65. А при необходимости межосевой дифференциал автоматически полностью блокировался. При торможении 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, для снятия излишнего тепла диски проливались маслом, которое охлаждалось в специальном картере, обдуваемом набегающим потоком воздуха. Максимальный передаваемый момент муфтой 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, Honda 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 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. Некотороые 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 будет на их совести. 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 электромуфт снимается, в передаче крутящего момента они не участвуют.

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.

Список используемой литературы.

Д.Н. Решетов, Детали машин. М., Машгиз, 1963

А.Х. Лефаров, Дифференциалы автомобилей и тягачей. М, Издательство «Машиностроение», 1972

Е.Б. Александров, А.А. Трикоз, С.В. Шеметов, Современные механизмы распределения мощности в трансмиссиях легковых автомобилей. Обзорная информация ЦНИИТЭИавтопром, 1989

[fktrc 3]

А интересно! И познавательно. Респект!!!

[comer 1]

+ 1

[mikob 8]

Нормально получилось.

Кто-то наверняка !!! найдёт ответы на свои вопросы.

[Max-tomsk 0]

+1 !!! молодца