Устройството и принципът на действие на многоплочавия фрикционен съединител
Съдържание
В описанието на техническите характеристики на много SUV и някои леки автомобили с различни модификации на задвижването на четирите колела, често можете да намерите концепцията за многопластов съединител. Този фрикционен елемент е част от така нареченото задвижване на всички колела. Работата на този елемент дава възможност, ако е необходимо, да се направи неактивната ос водеща. Този дизайн се използва например в системата xDrive, за която има отделна статия.
В допълнение към автомобилите, многопластовите съединители се използват успешно в различни механични устройства, в които се извършва изваждане на мощността между два различни механизма. Това устройство е инсталирано като преходен елемент, изравняващ и синхронизиращ задвижванията на два механизма.
Помислете за принципа на действие на това устройство, какви са разновидностите, както и техните плюсове и минуси.
Как работи съединителят
Многофланцовите фрикционни съединители са устройства, които позволяват на задвижвания механизъм да поеме захранването от главния. Дизайнът му включва пакет дискове (използвани са триещи се и стоманени видове части). Действието на механизма се осигурява чрез компресиране на дисковете. Често в автомобилите този тип съединител се използва като алтернатива на заключващия диференциал (този механизъм е описан подробно в друго ревю). В този случай той е инсталиран в трансферната кутия (за това какво е и защо е необходимо в предаването, прочетете тук) и свързва задвижвания вал на втората ос, поради което въртящият момент се предава на неактивните колела и трансмисията започва да ги върти. Но в по-опростена версия такова устройство се използва в кошницата на съединителя.
Основната задача на тези механизми е да свързват / изключват две работещи единици. В процеса на свързване на задвижването и задвижваните дискове съединителят се появява плавно с прогресивно увеличаване на мощността в задвижващия блок. Напротив, предпазните съединители изключват устройствата, когато въртящият момент надвишава максимално допустимата стойност. Такива механизми могат самостоятелно да свързват блоковете след елиминиране на пиковото натоварване. Поради ниската точност на този тип съединители, те се използват в механизми, в които често, но за кратък период от време, се образуват прилични претоварвания.
За да разберете принципа на действие на този механизъм, е достатъчно да си спомните как функционира съединителят на скоростната кутия (механик или робот) или коша на съединителя. Подробности за тази единица на колата са описани отделно... Накратко, мощна пружина притиска диска към повърхността на маховика. Благодарение на това захранването се взима от силовия агрегат към входния вал на скоростната кутия. Този механизъм се използва за временно изключване на трансмисията от двигателя с вътрешно горене и водачът е успял да превключи на желаната предавка.
Основната разлика между многопластовия съединител и блокиращия диференциал е, че разглежданият механизъм осигурява гладка връзка на задвижващите и задвижващите валове. Действието се извършва от силата на триене, която осигурява силно сцепление между дисковете и захранването се отвежда към задвижвания агрегат. В зависимост от устройството, което компресира дисковете, натискът върху тях може да бъде осигурен от мощна пружина, електрическо серво или хидравличен механизъм.
Коефициентът на въртящ момент е право пропорционален на силата на компресия на дисковете. Когато започне прехвърлянето на мощност към задвижващия вал (всеки диск постепенно се притиска един към друг и съединителят започва да усуква задвижвания вал), триенето между задвижващите механизми осигурява плавно увеличаване на силата, действаща върху вала на вторичния механизъм. Ускорението е плавно.
Също така силата на въртящия момент зависи от броя на дисковете в съединителя. Многодисковият изглед има по-голяма ефективност при прехвърляне на мощност към вторичния възел, тъй като контактната повърхност на контактните елементи се увеличава.
За да работи устройството правилно, е необходимо да се поддържа празнина между повърхностите на дисковете. Този параметър се задава от производителя, тъй като инженерите изчисляват силите, които трябва да се приложат, за да може механизмът ефективно да предава въртящ момент. Ако хлабината на диска е по-малка от посочения параметър, задвижващият диск също ще завърти задвижваните елементи, без да е необходимо те да работят.
Поради това покритието на дисковете се износва по-бързо (колко бързо зависи от размера на процепа). Но увеличеното разстояние между дисковете неизбежно ще доведе до преждевременно износване на устройството. Причината е, че дисковете няма да се притискат с толкова голяма сила, а с увеличаване на мощността на въртене съединителят ще се плъзне. Основата за правилната работа на съединителя след неговия ремонт е да се зададе правилното разстояние между контактните повърхности на частите.
Устройство и основни компоненти
Така че съединителят се състои от стоманена конструкция. В него има няколко фрикционни диска (броят на тези елементи зависи от модификацията на механизма, както и от силата на момента, който той трябва да предаде). Между тези дискове са инсталирани стоманени аналози.
Фрикционните елементи са в контакт с гладки стоманени аналози (в някои случаи всички контактни части имат съответно пръскане) и силата на триене, осигурена от покриващия материал (допустимо е да се използва керамика, тъй като в керамични спирачки, Кевлар, композитни въглеродни материали и т.н.), ви позволява да прехвърляте необходимите сили между механизмите.
Най-честата модификация на такава модификация на дисковете е стоманата, върху която е нанесено специално покритие. По-рядко се срещат подобни варианти, но изработени от високоякостна пластмаса. Едната група дискове е фиксирана върху главината на задвижващия вал, а другата върху задвижващия вал. Гладките стоманени дискове без триещ слой са фиксирани към барабана на задвижвания вал.
Буталото и възвратната пружина се използват за плътно притискане на дисковете един към друг. Буталото се движи под действието на задвижващото налягане (хидравлика или електродвигател). В хидравличната версия, след като налягането в системата намалее, пружината връща дисковете на тяхно място и въртящият момент спира да тече.
Сред всички разновидности на многопластовите съединители има два вида:
- сух... В този случай дисковете в барабана имат суха повърхност, поради което се постига максималният коефициент на триене между частите;
- мокър... Тези модификации използват малко количество масло. Смазката е необходима, за да се подобри охлаждането на дисковете и да се смажат частите на механизма. В този случай ще се наблюдава значително намаляване на коефициента на триене. За да компенсират този недостатък, инженерите осигуриха по-мощно задвижване за такъв съединител, който притиска дисковете по-силно. Освен това фрикционният слой на частите ще включва модерни и ефективни материали.
Има голямо разнообразие от дискови фрикционни съединители, но принципът на действие е един и същ за всички тях: фрикционният диск е силно притиснат към повърхността на стоманения аналог, поради което са свързани коаксиалните валове на различни възли и механизми / изключен.
Материали, използвани в строителството
Традиционно стоманеният диск се изработва от високолегирана стомана, която е покрита с антикорозионно средство. В съвременните превозни средства може да се използва опция, направена от въглеродни композитни материали или кевлар. Но най-ефективните днес са конвенционалните опции за триене.
Производителите използват различни компоненти за направата на такива продукти, но най-често това са:
- Ретинакс... Съставът на такъв материал включва барит, азбест, фенолформалдехидни смоли и месингови стърготини;
- трибонит... Този материал е направен от смес от някои петролни продукти и композитни вещества. Такива продукти са по-устойчиви на окислителни реакции, така че устройството може да се използва при условия на висока влажност;
- Екструдиран композит... В допълнение към ключовите компоненти, които осигуряват целостта на продукта, този материал съдържа влакна с висока якост, които увеличават живота на продукта, предотвратявайки преждевременно износване.
Форма за освобождаване на част
Както бе споменато по-рано, многопластовият съединител се състои от поне два диска. Това са продукти, произведени под формата на плочи, върху които е нанесено специално покритие или са закрепени фрикционни облицовки (направени са и гореспоменатите материали). Съществуват и нестандартни модификации на части, които могат да осигурят неправилно прикачено свързване на единици.
Видово разнообразие
В зависимост от механизма, в който се използват многопластови съединители, могат да се инсталират модификации, които се различават по своя дизайн. Нека да разгледаме какви са техните отличителни черти. Накратко, те се различават помежду си по размер, форма, брой контактни дискове и въртящ момент, който устройството може да предаде.
Както вече забелязахме, основните елементи на устройството са най-често дискове. Но като алтернатива и в зависимост от необходимото действие могат да се използват барабани, конусни или цилиндрични части. Такива модификации се използват в онези агрегати, при които въртящият момент се предава в нестандартен режим, например, ако валовете на блоковете не са подравнени.
Диск
Този тип съединители е най-често срещаният. В конструкцията на такава модификация има барабан, към който е закрепен задвижващият вал. Аналозите на триене са монтирани между стоманените дискове, които са фиксирани върху задвижващия вал. Всеки от тези комплекти е прикрепен към една единица с помощта на стойка (или множество връзки).
Използването на дискови съединители има няколко характеристики:
- Първо, множество устройства могат да се използват за подобряване на надеждността и ефективността;
- На второ място, дизайнът на дисковете може да бъде сложен, поради което тяхното производство може да бъде свързано с различни допълнителни отпадъци, поради което има широк диапазон от цени за визуално идентични елементи;
- На трето място, едно от предимствата на тези елементи са малките размери на детайла.
Конична
Конусните съединители често се използват в механизмите на съединителя. Това е опция, която се използва в различни задвижващи устройства, които непрекъснато предават голямо количество въртящ момент от задвижващия елемент към задвижвания елемент.
Устройството на този механизъм се състои от няколко барабана, свързани с плоча. Вилиците, които освобождават елементите, са с различни размери. Особеността на тази модификация е, че плочите на задвижваната част на устройството могат да се въртят силно и пръстите са монтирани в механизма под определен ъгъл.
Характеристиките на тези модификации на съединителите включват:
- Максимална плавност на нарастване на въртящия момент;
- Висока степен на адхезия;
- За кратък период от време този дизайн ви позволява да регулирате скоростта на въртене на свързаните единици. За да направите това, просто трябва да промените силата на натискане на триещите елементи.
Въпреки високата ефективност, този продукт има сложна структура, следователно цената на механизмите е много по-висока в сравнение с предишния аналог.
Цилиндрична
Тази модификация е изключително рядка при автомобилите. Най-често се използват в кранове. Широчината на задвижващия барабан в устройството е голяма, а стелажите могат да бъдат с различни размери. Обтегателните щифтове също са големи и в механизма могат да бъдат включени няколко лагера. Особеността на този тип съединители е, че те са в състояние да издържат на големи натоварвания.
При производството на такива продукти се използват материали, които могат да издържат на високи температури. Ключовият недостатък на тези механизми е големият им размер.
Изгледи на няколко диска
Както вече беше отбелязано, многопластовите съединители често се използват в автомобилите. Устройството на такъв елемент включва един барабан, в който са поставени три плочи. На щифтовете на връзката са монтирани уплътнения. В зависимост от модела на устройството в конструкцията могат да се използват повече от една опора. Има два варианта на пролетта. Те осигуряват голяма притискаща сила и вилиците са с голям диаметър. Често тези видове съединители са инсталирани на задвижването. Тялото на този фрикционен елемент е заострено.
Тази модификация на съединителите позволява да се намалят радиалните размери на устройството, без да се жертва производителността. Ето ключовите фактори, които се отнасят до тази модификация:
- Те позволяват намаляване на радиалните размери на устройството, но в същото време увеличаване на производителността на механизма;
- Такива устройства се използват успешно в товарния транспорт;
- Броят на триещите елементи ви позволява да увеличите силата на триене, поради което е възможно да се предаде въртящ момент с по-голяма мощност (устройството може да бъде с неограничена дебелина);
- Такива съединители могат да бъдат сухи или мокри (със смазани фрикционни дискове).
Единични типове барабани
При тази модификация една или повече плочи са разположени вътре в барабана. Притискащата сила се регулира от пружинни щифтове. Подобни механизми все още се използват в някои модели автомобили, но по-често се срещат в кранове. Причината за това е способността да издържат на големи натоварвания на оста.
Включващият щепсел в конструкцията е инсталиран близо до основата му. Фрикционните дискове са водещи, а задвижваните са полирани и могат да се въртят с висока скорост. Характеристиките на тези продукти включват:
- Малък размер;
- Липса на триене или абразивни материали (в повечето разновидности);
- Дизайнът позволява да се намали отоплението по време на работа на устройството;
- Ако използвате аналог на триене, можете да увеличите мощността на въртящия момент.
Типове с множество барабани
Често можете да намерите фрикционен предпазен съединител, чийто дизайн включва няколко барабана. Предимствата на този тип устройства включват висока притискаща сила, висококачествен акцент и способност да се справят с големи натоварвания. При тези модификации слоевете рядко се използват.
Моделите с множество барабани използват голямо зъбно колело, докато някои модели използват опънати щифтове и двоен багажник. Свързващият щепсел се намира в предната част на устройството.
Тези модификации на устройства не се използват в устройствата, тъй като те имат бавна връзка. Няколко производители са разработили версии на многобарабанния модел, които използват освобождаващ диск. При този дизайн стъблото е хоризонтално, а пръстите са малки.
Тези модификации имат голяма притискаща сила. Барабаните се въртят само в една посока. Задвижващият диск може да бъде разположен или пред освобождаващата плоча, или зад нея.
Втулки
Тази модификация се използва само в съединители. Понякога те могат да бъдат инсталирани в задвижващия механизъм. Те използват освобождаващи пружини, над които са монтирани затягащи щифтове, а вътре може да има няколко прегради. Всяка плоча на механизма е разположена хоризонтално, а втулката е монтирана между преградите (освен това тя действа като амортисьор).
Недостатъкът на тази модификация на съединителите е слабата компресия на дисковете. Все още не трябва да се допуска силно въртене на вала. Поради тези причини устройствата от тази категория не се използват в устройства.
Фланцово
Предимството на фланцовите съединители е, че барабанът не е толкова износен в тях. Дисковете са фиксирани зад багажника. Преградите вътре в продукта са малки. За да може багажникът да бъде на едно място, той се затяга със специални плочи. Обикновено пружините в такива съединители са монтирани в долната част на конструкцията. Някои модификации могат да бъдат сдвоени с устройство. Задвижващият вал е свързан към устройството с щепсел. Понякога има опции, които използват широк диск за изстискване. Този механизъм е с малки размери, а тялото е направено под формата на конус.
Фланцовите съединители са по-лесни за инсталиране и поддръжка. Такива продукти имат дълъг експлоатационен живот и висока надеждност. Въпреки разпространението на такива устройства, те не винаги са инсталирани.
Съчленен
Тази модификация на съединителите може да се използва в задвижвания с различни мощности. Дизайнът на такъв механизъм използва широк дял (може да има прорези по него) и къси пръсти. Дисковете са фиксирани в основата на плочите. Корпусът на този тип устройства може да бъде с различни размери, в зависимост от размерите на техните елементи. Затягащите щифтове са монтирани пред багажника.
Вземането на мощност от такова устройство директно зависи от размерите на барабана. Често стената му е широка. Краищата му не влизат в контакт с дисковете поради заточване и използване на панти.
Камера
Съединители от този тип се използват в индустриални машини. Повечето модификации могат да издържат на големи натоварвания, но това зависи от размерите на барабана. Има разновидности, при които барабанът е фиксиран от прегради и плочите също могат да присъстват в техния дизайн. За да се запазят частите заедно, тялото е направено под формата на конус.
Най-честите модификации са с изстискващи дискове. В този случай барабанът ще бъде малък. Вилицата в този модел е свързана с пръчките. Някои видове съединители използват тези видове съединители. Фиксирането на щифтовете за свързване (използват се малки части) може да се извърши близо до основата на преградата. Предимството на тези видове съединители е, че задвижваният барабан практически не се износва.
Принципът на действие на такава модификация е следният:
- Когато задвижването се задейства, гърбиците, разположени в едната половина на съединителя, навлизат в издатините на другата половина на съединителя. Връзката на двата елемента е твърда;
- Работната част се движи по оста, използвайки шлицова връзка (вместо шлиц може да се използва и друг направляващ елемент);
- Подвижната част за по-малко износване на механизма трябва да бъде монтирана на задвижвания вал.
Има модификации, при които гърбиците са триъгълни, трапецовидни и правоъгълни. Гърбите са изработени от закалена стомана, така че да могат да издържат на големи натоварвания. В някои случаи може да се използва асиметричен профил.
Опции за задвижване
За задвижващи механизми се използват такива многопластови съединители, в които могат да се използват както един, така и няколко барабана. В тези версии стеблото е подходящо за монтиране на малък вал. Барабанът е разположен хоризонтално. Много от тези съединители използват алуминиеви дискове (или техните сплави). Също така такива механизми могат да бъдат с пружинирани елементи.
В класическия случай задвижващият съединител има два разширяващи се диска, между които е монтирана плоча. Зад пръта на устройството е прикрепена втулка. За да не се износва барабанът преждевременно, конструкцията на механизма предвижда наличието на лагер.
Моделите, използвани в инсталации с висока мощност, имат малко по-различен дизайн. В близост до изстискващия диск е инсталиран дял, а задвижваният барабан е фиксиран върху широка стойка. Пружините могат да бъдат оборудвани с връзки. Вилицата е фиксирана в основата. Тялото на някои модификации е заострено. Устройството на механизмите може да включва малки работни плочи.
Ръкав-пръст
Често се срещат и съединители с пръсти. Те се използват при изграждането на различни механизми. Характеристиките на тази модификация включват следните фактори:
- В повечето случаи тези продукти се произвеждат в съответствие с определени стандарти, така че лесно можете да изберете правилния модел за определено движение;
- Когато проектирате този механизъм, можете да изтеглите няколко опции за подробни чертежи от Интернет;
- В зависимост от предназначението на съединителя могат да се използват различни материали.
Обикновено тези видове съединители се използват като предпазители.
Триене
Фрикционни съединители се използват в онези механизми, при които трябва да се осигури плавно предаване на въртящия момент, независимо от скоростта на въртене на задвижващите и задвижваните валове. Също така тази модификация може да работи под товар. Особеността на ефективността на механизма се крие във високата сила на триене, която осигурява максимално възможното отбиване на мощността.
Характеристиките на фрикционните съединители включват следните фактори:
- Без ударни натоварвания, тъй като зацепването става плавно с приплъзване по време на свързването на дисковете. Това е ключовата полза от тази модификация;
- Поради силния натиск на дисковете между тях приплъзването се намалява и силата на триене се увеличава. Това води до увеличаване на въртящия момент на задвижвания агрегат до степента, в която оборотите на валовете стават еднакви;
- Скоростта на въртене на задвижвания вал може да се регулира, като се използва силата на притискане на дисковете.
Въпреки тези предимства фрикционните съединители също имат значителни недостатъци. Един от тях е увеличеното износване на триещите се повърхности на контактните дискове. Освен това, с увеличаване на силата на триене, дисковете могат да се нагреят много.
Предимства и недостатъци
Предимствата на многопластовите съединители включват:
- Компактни дизайнерски размери;
- Самата единица, в която се използва такова съединение, също ще бъде по-малка;
- За да увеличите въртящия момент, не е необходимо да инсталирате огромен диск. За това производителите използват извънгабаритен дизайн с множество дискове. Благодарение на това, със скромни размери, устройството може да предава достоен индикатор за въртящ момент;
- Захранването се подава към задвижващия вал плавно, без дръпване;
- Възможно е да се свържат два вала в една и съща равнина (коаксиална връзка).
Но това устройство има и някои недостатъци. Най-слабото място в този дизайн са триещите се повърхности на дисковете, които се износват с течение на времето от естествени процеси. Но ако шофьорът има навика да натиска рязко педала за газ, когато ускорява колата или на нестабилна повърхност, тогава съединителят (ако трансмисията е оборудвана с него) ще се износва по-бързо.
По отношение на мокрите видове съединители, вискозитетът на маслото пряко влияе върху силата на триене между дисковете - колкото по-дебела е смазката, толкова по-лоша е адхезията. Поради тази причина в механизмите, оборудвани с многопластови съединители, е необходимо маслото да се сменя своевременно.
Приложение за свързване
Многопластовите съединители могат да се използват в различни системи на автомобила. Ето механизмите и блоковете, които могат да бъдат оборудвани с това устройство:
- В кошниците на съединителя (това са модификации на вариатора, при които няма преобразувател на въртящия момент);
- Автоматична скоростна кутия - в този агрегат съединителят ще предава въртящ момент на планетарната предавка;
- В роботизирани скоростни кутии. Въпреки че тук не се използва класически многопластов съединител, двоен сух или мокър съединител работи на същия принцип (за повече информация относно преселективните скоростни кутии прочетете в друга статия);
- В системите със задвижване на всички колела. Многопластовият съединител е монтиран в трансферната кутия. В този случай механизмът се използва като аналог на блокиране на централния диференциал (за подробности защо може да се наложи блокиране на това устройство прочетете отделно). При тази подредба автоматичният режим на свързване на вторичната ос ще бъде по-мек, отколкото в случай на класическа блокировка на диференциала;
- В някои модификации на диференциали. Ако в такъв механизъм се използва многопластов съединител, той осигурява пълно или частично блокиране на устройството.
Така че, въпреки факта, че класическите механизми постепенно се заменят с хидравлични, електрически или пневматични аналози, в много системи все още не е възможно да се изключи напълно наличието на части, които работят въз основа на физическите закони, например силата на триене . Многопластовият съединител е доказателство за това. Поради своята простота на дизайна, той все още се търси в много единици и понякога замества по-сложни устройства.
Въпреки факта, че тези елементи постоянно се нуждаят от ремонт или подмяна, производителите не могат напълно да ги заменят с по-ефективни. Единственото нещо, което инженерите направиха, беше да разработят други материали, които осигуряват по-голяма устойчивост на износване на продуктите.
В края на ревюто предлагаме кратко видео за фрикционните съединители:
Ремонт на фрикционни съединители
В зависимост от модификацията и предназначението на фрикционния съединител, той може да бъде ремонтиран, вместо да се купува нов. Ако производителят на устройството е предвидил такава възможност, тогава на първо място е необходимо да премахнете износения слой на триене. Може да се фиксира към основата с помощта на нитове или епоксидна смола. След демонтажа повърхността на основата трябва да бъде добре почистена от остатъци от лепило или шлайфана, ако върху нея има неравности.
Тъй като износването на фрикционния материал възниква поради плъзгане на връзката с голямо усилие, би било много по-практично да не се монтира нова облицовка с нитове, а да се свърже към металната основа на съединителя с епоксидни материали, предназначени за работа при високи температури.
Ако закрепите фрикционния материал с нитове, тъй като този слой се износва, нитовете могат да се залепят за металната работна повърхност на свързания диск, което ще го направи неизползваем. За надеждно фиксиране на фрикционния слой върху основата можете да използвате лепило VS-UT. Това лепило се състои от синтетични смоли, разтворени в органични разтворители.
Филмът от това лепило осигурява сигурно прилепване на фрикционния материал към метала. Филмът е огнеупорен, не подлежи на разрушаване поради излагане на вода, ниски температури и нефтопродукти.
След ремонт на съединителя трябва да се уверите, че фрикционният слой ще бъде в пълен контакт с работната повърхност на металния диск. За това се използва червено олово - оранжева боя. Контактната точка трябва напълно да съответства на площта на фрикционния елемент на съединителя. Ако по време на работа некачествен или повреден фрикционен елемент е повредил повърхността на притискателния диск (появиха се драскотини, натъртвания и др.), в допълнение към ремонта на фрикционната подложка, работната повърхност трябва да бъде и шлайфана. В противен случай фрикционната облицовка ще се износи бързо.
Въпроси и отговори:
За какво е фрикционен съединител? Такъв елемент осигурява сцепление на два механизма с помощта на дискове с триене и гладка повърхност. Класически пример за такава връзка е кошницата на съединителя.
Как работи дисковият съединител? Задвижващият вал с главния диск се върти, задвижваните дискове / диск се притискат към него от мощна пружина. Повърхността на триене, поради силата на триене, осигурява предаването на въртящия момент от диска към скоростната кутия.
Какво се случва, когато фрикционният съединител се включи? Когато фрикционният съединител се захваща, той поглъща механична енергия (въртящ момент) и я прехвърля към следващата част на механизма. Това отделя топлинна енергия.
Какво е многопластов фрикционен съединител? Това е модификация на механизма, чиято цел е да предава въртящ момент. Механизмът се състои от пакет дискове (едната група е стоманена, а другата е фрикционна), които са плътно притиснати един към друг.
