Вязкостные муфты

Анализ конструкций и свойств дифференциалов показывает не­возможность идеального распределения ими крутящих моментов во всех условиях движения. При этом надо учитывать, что изменять соотношение между величинами крутящих моментов, подводимых к колесам, необходимо не только для повышения проходимости автомобиля, но и с других точек зрения. В частности, работа диф­ференциала в некоторых случаях оказывает заметное влияние на устойчивость движения автомобиля на больших скоростях. Отрыв колеса от дороги после наезда на неровность приводит к тому, что подводимый к нему крутящий момент, в этой ситуации, вызывает большое угловое ускорение. Сохраняющее контакт с дорогой про­тивоположное колесо будет реализовывать крутящий момент, обус­ловленный инерционным моментом поднявшегося в воздух колеса. Через некоторое время колесо, разогнавшееся в воздухе, опустится на дорогу и резко затормозится до прежней (до отрыва от дороги) скорости. При этом на автомобиль со стороны опустившегося колеса, будет действовать значительная продольная толкающая сила, спо­собная нарушить устойчивость движения.

Многие современные дорожные автомобили имеют весьма боль­шую мощность двигателя, которая позволяет при разгоне на низших передачах доводить колеса до буксования на дорогах, обеспечи­вающих высокое сцепление. В этих условиях даже не очень большое различие в коэффициентах сцепления левого и правого ведущих колес при наличии обычного дифференциала ощутимо снижает суммарную тяговую силу и, следовательно, динамические качества автомобиля. Поэтому в настоящее время вопросу регулирования соотношения крутящих моментов, подводимых к колесам, уделяется большое внимание. Одним из путей решения данного вопроса яв­ляется применение вязкостных муфт.

Вязкостная муфта (рис. 14), по существу, является разновид­ностью многодисковых фрикционов, но разновидностью весьма спе­цифичной. Подобно фрикционам, она имеет ведущие и ведомые диски, свободно, с небольшим зазором, посаженные, с возможно-

стью скольжения, на шлицы корпуса и вала соответственно. Внут­ренняя полость муфты герметически уплотнена и на 75—90% за­полнена полиметилсилоксановой жидкостью. Наиболее важными характеристиками этой жидкости, определяющими свойства муфты, являются очень высокая вязкость (30 000-200 000 сантистокс) и большой коэффициент теплового расширения. Как показано на рис. 14 б, для увеличения взаимодействия жидкости с дисками по­следние снабжены прорезями.

В тех случаях, когда при движении автомобиля выходные валы межколесного дифференциала вращаются с одинаковыми скорос­тями, муфта не оказывает влияния на его работу. Если же одно из колес начнет буксовать, то ведущие и ведомые диски начнут скользить друг относительно друга, а находящаяся между ними жидкость вследствие своей вязкости будет препятствовать этому. Ввиду высокой вязкости жидкости крутящий момент вязкостного трения будет значителен. Одновременно происходит сближение не­которых дисков, сопровождающееся возрастающим моментом тре­ния. Законы движения высоковязких жидкостей и их взаимодействия со стенками довольно сложны. В первом приближении эффект сближения дисков можно объяснить следующим образом. При оди-

Рис. 14. Шестеренчатый дифференциал с вязкос­тной муфтой

наковых скоростях ведущих и ведомых дисков зазоры между ними распределяются случайным образом. После начала скольжения ди­сков в зазорах между ними начинают скользить слои жидкости. Между теми дисками, где зазоры минимальные, градиент скорости скольжения слоев жидкости будет наибольшим, а давление — на­именьшим, что и вызовет сближение дисков.

По истечении некоторого времени буксования в муфте темпе­ратура рабочей жидкости повышается, что может вызвать резкое увеличение давления рабочей жидкости и передаваемого муфтой крутящего момента. Это явление носит название «хамп» (блоки­ровка). Полная блокировка муфты обычно не требуется и к тому же вызывает большие механические нагрузки. Поэтому в большин­стве случаев ее предотвращают, увеличивая объем воздуха в муфте, применяя менее вязкие жидкости, устанавливая между одноимен­ными дисками дистанционные кольца, ограничивающие величину их сближения.

Вязкостная муфта может исполь­зоваться для изменения степени бло­кировки дифференциала, соединяя непосредственно два выходных вала (рис. 15), или выступать в роли ме­ханизма распределения мощности. Многие современные легковые авто­мобили, выполненные по схеме 3 на рис. 1.3, имеют вязкостную муфту (расположенную в коробке отбора мощности или даже встроенную в кар­данную передачу), которая при отсут­ствии буксования передних колес от­ключает задние. При пробуксовке пе­редних колес муфта включает заднюю ветвь трансмиссии, причем на задние колеса при этом может передаваться до 95% крутящего момента.

На рис. 16 показана конструкция, распределяющая крутящий момент между передними и задними колесами автомобиля при помощи несимметричного дифференциала 4. Вязкостная муфта 2 включена наиболее рациональным способом между выходными ва­лами дифференциала / и 3. Крутящий момент с вала / на передний мост передается при помощи цепной передачи 5, которая при боль­шом межосевом расстоянии рациональнее зубчатой передачи.

На рис. 17 показан узел трансмиссии, передающий крутящий момент к задним колесам полноприводного легкового автомобиля ограниченной проходимости. Вал, передающий крутящий момент передним колесам (на рисунке не показан), постоянно связан с корпусом / вязкостной муфты. Вал 2 муфты соединен с ведущей

Рис. 15. Схема передачи момента в межколесном дифференциале с вязкостной муфтой

Рис. 16. Схема передачи момента в межосевом дифферен­циале с вязкостной муфтой

шестерней главной передачи 3, с выходного вала /которой крутящий момент передается на дифференциал 6. Если передние и задние колеса автомобиля вращаются с одинаковыми скоростями, то вяз­костная муфта не передает крутящий момент на вал 2 и задние колеса автомобиля не являются ведущими. Но как только передние колеса вследствие буксования увеличат свою угловую скорость по отношению к задним колесам, муфта тут же снимет часть крутящего момента с передних колес и передаст ее задним колесам, превратив автомобиль в полноприводный. Такая конструкция позволяет ав­томобилю, с одной стороны, полнее использовать высокую мощность двигателя, особенно на дорогах, имеющих пониженный коэффи­циент сцепления, а с другой стороны, повышает безопасность ав­томобиля, уменьшая на скользких дорогах опасность срыва колес в буксование при недостаточно квалифицированном управлении двигателем.

Однако при движении автомобиля на повороте может иметь место заметная разница частот вращения передних и задних колес, что может привести к повышению степени блокирования вязкостной муфты. Если при этом автомобиль начнет тормозить, то наличие силовой связи передних и задних колес может привести к пере­распределению тормозных моментов на передних и задних колесах и отрицательно сказаться на устойчивости и управляемости авто­мобиля. Поэтому на автомобилях такого типа (не предназначенных для движения по неусовершенствованным дорогам и бездорожью) для прерывания связи между передними и задними колесами в

Рис. 17. Механизм распределения мощности с шестерен­чатым дифференциалом, вязкостной муфтой и блокируемой

момент торможения используют муфту свободного хода 5. Наличие такой муфты исключает автоматическое подключение задних колес при движении задним ходом. Для устранения этого недостатка в изображенную на рис. 17 конструкцию введена блокировка муфты свободного хода при помощи устройства 4.