сообщение №1006

Виско-муфта

Когда удалось синтезировать одну из разновидностей силиконовой (кремнийорганической) жидкости, мало кто мог предположить, что она вызовет, можно сказать, революцию в автомобильных трансмиссиях. У подавляющего большинства известных нам жидкостей с ростом температуры уменьшалась вязкость. А эта вела себя как газ — при нагреве становилась более вязкой.

Английская фирма «Фергюсон», которая специализируется на трансмиссиях для полноприводных автомобилей, исследовала разнообразные конструкции межосевых и межколесных дифференциалов механического типа. Но сколь бы хитроумными ни были воплощенные в них технические решения, почти у каждого обнаруживались недостатки. Трудность заключалась в необходимости сочетать два свойства: возможность вращения выходных валов механизма с разными скоростями и в то же время способность перераспределять передаваемый на них крутящий момент пропорционально сопротивлению вращению каждого из валов.

Рис. 1. Изменение передаваемого виско-муфтой крутящего момента (М) в зависимости от разницы в числе оборотов (Дп) ее дисков. Две кривые на графике со
Рис. 1. Изменение передаваемого виско-муфтой крутящего момента (М) в зависимости от разницы в числе оборотов (Дп) ее дисков. Две кривые на графике соответствуют изменившейся в зависимости от температуры вязкости (ft) силиконовой жидкости.

Идея дифференциала, работающего по принципу гидромуфты, не нова. Его практическое применение сдерживалось отсутствием жидкости с нужными физическими свойствами. Кремнийорганические соединения, вернее одно из них, открыли путь в автомобильную технику так называемой виско-муфте, или гидравлической муфте с вязкой жидкостью.

Чем больше взаимное проскальзывание движущихся в силиконовой жидкости пластин, тем больше возникающие между ними силы жидкостного трения. Вызванный этим трением нагрев сопровождается повышением вязкости жидкости, в результате чего сопротивление проскальзыванию пластин прогрессивно растет и одновременно увеличивается доля крутящего момента, передаваемого от одного вала такой гидромуфты к другому. Это явление иллюстрируется графиком на рис. 1: по горизонтали — разница в числах оборотов для валов виско-муфты, по вертикали — передаваемый «отстающему» валу крутящий момент. В конечном итоге наступает «блокировка» — сильно загустевшая жидкость как бы склеивает все пластины воедино.

Рис. 2. Доля крутящего момента (%), передаваемого на задние ведущие колеса в зависимости от состояния дорожного покрытия: А — все колеса на сухой дор
Рис. 2. Доля крутящего момента (%), передаваемого на задние ведущие колеса в зависимости от состояния дорожного покрытия: А — все колеса на сухой дороге; Б — передние ведущие колеса на льду; В — все колеса на льду; Г — задние ведущие колеса на льду.

Используя это свойство, можно, например, у переднеприводного автомобиля, такого, как «Фольксваген-гольф», сделать ведущими также задние колеса (модификация «Синкро») и передавать к ним крутящий момент через виско-муфту. При движении по сухой дороге (рис. 2) большая его часть будет направляться на передние колеса. Однако, поскольку силиконовая жидкость достаточно вязка, даже без пробуксовки вращающихся элементов муфты на задние ведущие колеса (машина имеет постоянный, неотключенный привод на них) поступает 12—15% крутящего момента, развиваемого его силовой установкой (зона А на рис. 2).

Стоит передним колесам попасть на лед (зона Б), начинается их буксование, сопровождаемое резким усилением проскальзывания в виско-муфте. Почти мгновенно (через 0,2 секунды), но без рывка, она блокируется и автоматически перераспределяет крутящий момент в пропорции 77% на задние колеса и только 23% на передние.

Когда машина въезжает на обледенелую или покрытую жидкой грязью дорогу всеми четырьмя колесами (зона В), взаимное проскальзывание элементов муфты уменьшается (колеса пробуксовывают примерно одинаково) и доля крутящего момента, получаемого задними ведущими колесами, падает. Лишь только автомобиль передними ведущими колесами (зона Г) выходит на участок с высоким коэффициентом сцепления, муфта тут же передает на них около 85% крутящего момента.

Виско-муфта, в отличие от блокируемого межосевого дифференциала, действует плавно, без вмешательства водителя и, значит, не требуя от него навыков по выбору момента для включения блокировки. Она, бесспорно, способствует повышению безопасности движения. Кроме того, исключая работу двигателя в неблагоприятных в отношении расхода топлива режимах (с пробуксовкой ведущих колес), виско-муфта при езде на скользких дорогах экономит до 5% топлива.

Простейшая конструкция виско-муфты.
Простейшая конструкция виско-муфты.

Простейший вариант такой муфты, примененный на «Фольксваген-гольф-синкро», показан на рис. 3. Здесь вал 1, связанный карданным валом с главной передачей передних ведущих колес, через шлицы соединен с корпусом 11. На внутренней поверхности его сделаны шлицы, с которыми посредством зубьев соединен пакет тонких дисков, имеющих отверстия. В паре с этими дисками работает другой пакет дисков 5 с продольными пазами, который через шлицевую втулку 10 соединяется с валом 9 привода к задним колесам. Между дисками (их общее количество 59) обоих комплектов — зазоры от 0,2 до 0,4 мм. Отверстия и пазы создают дискам большую контактную поверхность с силиконовой жидкостью. Кстати, она занимает не весь объем, а 90%. Сделано это исходя из того, что при нагреве жидкость расширяется, полностью заполняя все зазоры между дисками, а имеющаяся воздушная подушка сжимается и оказывает давление на диски, уменьшая зазоры между ними.

Устройство гидромуфт с силиконовой жидкостью:
1 — вал привода к передним колесам; 2 — опорный подшипник; 3 — игольчатый подшипник; 4 — диск с отверстиями; 5 — диск с пазами; 6 — подшипниковая втулка; 7 — роликоподшипник; 8 — коническая шестерня привода к задним колесам; 9 — вал привода к задним колесам; 10 — шлицевая втулка; 11 — корпус муфты с внутренними шлицами; 12 — картер.

Схожую конструкцию имеет виско-муфта на моделях «Фольксваген-транспортер-синкро» и «Хонда-сивик-шаттл-4УД».

Рис. 4. Виско-муфта встроенная в силовой агрегат «Лянча-Дельта-ХФ-4УД».
Рис. 4. Виско-муфта встроенная в силовой агрегат «Лянча-Дельта-ХФ-4УД».

У машин «Лянча» моделей «Дельта-ХФ-4УД» и «Призма-ХФ-4УД» иное расположение и устройство виско-муфты. Она смонтирована в блоке с дифференциалом передних ведущих колес. Один ее вал 1 связан с крестовиной сателлитов этого механизма, другой прикреплен фланцем к конической шестерне 8, передающей вращение через карданный вал к задним ведущим колесам. Сама виско-муфта в этом случае сложнее. Помимо дополнительных игольчатого 3 и роликового 7 подшипников, более сложных по конфигурации деталей, таких, как вал 1, весь ее механизм заключен в картер 12, составленный из нескольких деталей.

Планетарный редуктор, встроенный в трансмиссию «Лянча», передает 56% крутящего момента на передние колеса и 44% на задние. Таким образом, здесь виско-муфта, если можно так выразиться, имеет более «ограниченную власть».

Схема трансмиссии с приводом на все колеса БМВ-325И-Икс.
Схема трансмиссии с приводом на все колеса БМВ-325И-Икс.

Схемы размещения основных узлов:
1 — виско-муфта; 2 — раздаточная коробка; 3 — полуоси привода передних колес; 4 — дифференциал передних колес; 5 — карданный вал привода передних колес; 6 — карданный вал привода задних колес; 7 — дифференциал задних колес; 8 — полуоси привода задних колес.

В отличие от «Фольксвагена», «Хонды» и «Лянчи», где полноприводная модификация выполнена на базе модели с передними ведущими колесами, «Форд-сьерра-ИксР-4Х4» и БМВ-325И-Икс развиты из базовых моделей с задними ведущими колесами. У них через виско-муфту постоянно подключен привод на передние ведущие колеса. И соответственно компоновке, при которой больше половины полной массы автомобиля приходится на задние колеса, раздаточная коробка в трансмиссии направляет у обеих моделей 64% крутящего момента к задним ведущим колесам. Интересно, что на БМВ-325И-Икс задний межколесный дифференциал заменен также виско-муфтой.

Применение ее сводит к минимуму пробуксовку колес и потерю сцепления их на скользкой дороге, в частности на снегу и льду, упрощает управление машиной, способствует повышению средней скорости движения и некоторой экономии топлива.

Л. ШУГУРОВ, инженер («За рулем» №4, 1988)

Литература:
Автомобильная промышленность США. 1986, № 7, с. 28—29.
3. Яскевич. Ведущие мосты (перевод с польского). М., Машиностроение, 1985, с. 298—305.
Ю. Мацкерле. Современный экономичный автомобиль (перевод с чешского). М., Машиностроение, 1987, с. 259—260.