Автоматические муфты

Как было отмечено выше, подключение и отключение какой-ли­бо части трансмиссии или блокирование дифференциалов может осуществляться принудительно, например с использованием зубча­тых муфт.

Недостатком такого способа является зависимость эксплуатаци­онного эффекта от квалификации водителя. Так, например, вклю­чение дополнительных ведущих колес с целью повышения прохо­димости автомобиля может оказаться неэффективным, если авто­мобиль до этого момента уже потерял подвижность, тогда как чуть более раннее подсоединение параллельной ветви трансмиссии могло бы способствовать преодолению опасного участка пути. Запаздывание с выключением параллельной ветви трансмиссии (так же как с вы­ключением блокировки дифференциала) при выезде автомобиля на твердую дорогу приведет к повышенному износу шин и ухудшению управляемости автомобиля. Поэтому в таких трансмиссиях жела­тельно применение механизмов распределения мощности.

Роль механизма распределения мощности способны выполнять автоматические муфты. К ним относятся, в частности, муфты сво­бодного хода (МСХ) и вязкостные муфты.

Муфты свободного хода

Устройства, способные автоматически прекращать передачу кру­тящего момента, если ведомый вал начинает вращаться быстрее ведущего, называются муфтами свободного хода или обгонными муфтами. Такие устройства могут применяться в гидромеханических передачах, раздаточных коробках (рис. 8.1е)и других автомобильных конструкциях. Иногда они находят применение вместо дифферен­циалов.

Механизм, изображенный на рис. 12, имеет две роликовые МСХ, которые могут передавать крутящий момент одному или обоим выходным валам. К корпусу 7 подводится крутящий момент и через ролики 2, заклинивающиеся в сужающейся канавке, об­разованной ведущей и ведомой поверхностями, он может быть пе­редан ведомым элементам 3 и 6. Если применить такой механизм вместо межколесного дифференциала, то на повороте, когда одно из колес автомобиля начинает вращаться быстрее другого, связанный с ним ведомый элемент муфты будет вращаться быстрее другого ведомого элемента (а следовательно, быстрее корпуса муфты), пе­редающая крутящий момент к забегающему колесу МСХ разомк­нется, и забегающее колесо будет вращаться вхолостую.

Для обеспечения возможности движения автомобиля задним ходом, то есть для передачи крутящего момента, имеющего отри­цательный знак, канавки сужаются в обе стороны. Однако в этом случае во время движения автомобиля на повороте могла бы со­здаться ситуация, при которой связанное с отключившимся ведомым элементом муфты колесо автомобиля, имеющее большую угловую скорость, заставило бы ролики догнать ведущую поверхность канавки и заклиниться в направлении передачи тормозного крутящего мо­мента. Для предотвращения этого сепараторы 4 и 5, в которых находятся ролики, снабжены шипом 7 и боковой канавкой 8 (рис. 126), ограничивающими угол относительного поворота се­параторов величиной, не допускающей одновременного заклини­вания роликов в противоположных сужающихся частях ведущих

канавок.

Формально рассуждая, можно прийти к выводу, что из-за ес­тественного разброса радиусов колес, наличия дорожных неров­ностей, движения автомобиля по криволинейной траектории и т. п., при использовании МСХ вместо дифференциала в любой момент времени весь крутящий момент будет передаваться только на одно из колес. Однако тангенциальная эластичность шин в определенных пределах компенсирует разницу угловых скоростей, способствуя под­держанию замкнутого состояния обеих МСХ.

Из-за малого трения между деталями небольшим будет и угол трения, определяющий угол сужения ведущих канавок, который равняется 6—8°. При столь малом угле нормальная сила в контакте ролика с ведущей и ведомой поверхностями примерно в десять

Рис. 12. Механизм распределения мощности с ро­ликовыми МСХ

раз превышает касательную (тангенциальную) силу, обусловленную величиной передаваемого крутящего момента, что приводит к вы­соким значениям контактных напряжений. Поэтому простейшие МСХ, в которых используются заклинивающиеся тела качения, могут применяться только на самых легких автомобилях.

На тяжелых автомобилях иногда применяют конструкции с зуб­чатыми муфтами свободного хода. Один из вариантов такой кон­струкции показан на рис. 13. Корпус механизма 7 связан с ведущим кольцом 2. На торцах ведущего кольца (рис. 13 б) имеются пря­моугольные зубья, один из которых удлинен внутрь, образуя шпонку 10. Внутри ведущего кольца расположено центральное кольцо 6. На торцах центрального кольца (рис. 13 в) нарезаны трапецеидаль­ные зубья. На внешней поверхности кольца 6 сделана выемка ши­риной «а», которая охватывает шпонку 10 ведущего кольца (рис. 13 в). От осевого перемещения центральное кольцо удержи­вается упругим разрезным кольцом 7. По обеим сторонам ведущего кольца находятся две ведомые полумуфты 3, установленные с воз­можностью скольжения по шлицам ступиц 4. При помощи пружин полумуфты внутренними торцами прижимаются к ведущему и цент-

Рис. 13. Механизм распределения мощности с зубчатыми МСХ

ральному кольцам. На внутренних торцах полумуфт нарезаны зубья, взаимодействующие с зубьями ведущего и центрального колец. На­ружные прямоугольные зубья полумуфт зацепляются с прямоуголь­ными зубьями ведущего кольца, а внутренние трапецеидальные зубья полумуфт зацепляются с трапецеидальными зубьями центрального кольца. Особенностью конструкции является то, что зазор между трапецеидальными зубьями минимален, а между прямоугольными зубьями - значителен (рис. 13 г).

На поясок полумуфт 3 с небольшим натягом надеты упругие разрезные кольца 5. Замок колец 5 имеет ширину «в» (рис. 13 в)и охватывает шпонку 10 ведущего кольца 2. На торцах колец 5, об­ращенных к центральному кольцу 6, нарезаны трапецеидальные зубья, аналогичные трапецеидальным зубьям полумуфт 3 и вместе с ними входящие в зацепление с зубьями центрального кольца.

Если оба выходных вала вращаются с одинаковой угловой ско­ростью, то окружная сила передается на них прямоугольными зубья­ми ведущего кольца. В том случае, когда один из них приобретает большую угловую скорость, прямоугольные зубья ее полумуфты начнут перемещаться в большом окружном зазоре между зубьями ведущего кольца. Одновременно трапецеидальные зубья полумуфты начнут скользить по таким же зубьям центрального кольца, в ре­зультате чего полумуфта, сжав пружину, выйдет из зацепления. Высота зубьев, угол скоса трапецеидальных зубьев и зазор между прямоугольными зубьями подобраны таким образом, что полумуфта выйдет из зацепления раньше, чем будет выбран окружной зазор прямоугольных зубьев, в результате чего полумуфта расцепится с ведущим кольцом и, обгоняя его, начнет свободно вращаться. Кольцо 5 вначале будет повторять движение полумуфты, но затем упрется замком в шпонку 10 ведущего кольца и остановится, после чего полумуфта будет вращаться внутри кольца 5, а зубья кольца 5 окажутся напротив зубьев центрального кольца 6 (рис. 13 в). Если бы кольца 5 отсутствовали, то полумуфта, обогнав ведущее кольцо на один зуб, под действием пружины начала бы включаться, а затем тут же снова выключаться, то есть работа механизма сопро­вождалась бы шумом и ударными нагрузками.

Радиальные отверстия 8 в ведущем кольце позволяют обжать кольцо 7 при демонтаже центрального кольца. Втулка 9 ограни­чивает смещение ступиц 4 внутрь при монтаже выходных валов, когда их шлицы не совпадают с впадинами внутренних шлицев ступиц.

В данных механизмах скольжение зубьев происходит при от­сутствии на них полезной нагрузки, вследствие чего такие МСХ имеют высокую долговечность.

Использование МСХ вместо межколесных дифференциалов ре­шает многие вопросы, но не лишено недостатков, так как при различных скоростях вращения колес весь крутящий момент пе-

редается на одно отстающее колесо. Из этого обстоятельства вы­текают следующие неприятные следствия:

приходится увеличивать диаметр выходных валов; при движении автомобиля на повороте в результате подвода крутящего момента только к внутреннему колесу возникает мо­мент, препятствующий повороту;

большая тяговая сила, реализуемая на повороте только одним внутренним колесом, может разрушить непрочную опорную по­верхность, и вместо повышения проходимости автомобиля может произойти ее снижение.