Как работает фрикционная муфта

Устройство механизированной техники предполагает наличие переходных участков, через которые транслируется крутящий момент. В большинстве случаев эту функцию передачи энергии выполняют специальные муфты. Отчасти их можно рассматривать в качестве соединительных элементов, но в перечень задач такой оснастки входит и обеспечение привода. В полной мере эту работу выполняют фрикционные муфты, которые задействуются в транспортной технике, промышленных станках, инженерном оборудовании и так далее.

Общее устройство муфты

Конструкционно муфты различаются и могут иметь особенности устройства в зависимости от типа, но чаще всего в качестве базы для них используют пакет дисковых элементов с фрикционной функцией. Конкретное число дисков будет зависеть от частоты крутящего момента, который должен быть передан от одного вала другому. В традиционной муфте предусматривается два диска. Один из них фрикционный, а другой – стальной. Причем материал изготовления тоже может быть общим. Выраженное отличие имеет фрикционное покрытие. Его задача заключается в обеспечении надежной сцепки, за счет которой будет реализовано движение валов. В целях повышения коэффициента трения фрикционные муфты снабжаются углеродными элементами и высокопрочной керамикой. Существуют и модели без фрикционных покрытий. В таких случаях дисковые стальные компоненты крепятся в барабанной основе, смежной с управляемым валом, которому передается крутящий момент. Конструкция также может дополняться возвратными пружинами и поршнем. Задача поршня заключается как раз в усилении сцепки между фрикционным покрытием и ведомым валом. Что касается пружины, то она возвращает рабочий диск на место.

Принцип работы

Как уже отмечалось, муфты могут иметь разные задачи, но в целом принцип их работы остается одним – осуществление сопряжения и разъединения двух рабочих агрегатов. В процессе подключения к движению фрикционной муфты на управляемом валу постепенно нарастает сила прижатия. То есть фрикционная сторона осуществляет поступательное сцепление с ведомым валом. В этот момент важна не столько сама сцепка, сколько схождение двух сил прижатия на фоне совершаемой работы со стороны основного вала.

Муфта для предохранения рассчитана на функцию безопасного разобщения валов при выходе пиковой величины крутящего момента за рамки стандартных значений. Подключаемый вал в дальнейшем будет продолжать стабильную плавную работу. Впрочем, это определит характер движения механизмов, которые обслуживает фрикционная муфта. Принцип работы дисков при осуществлении прямолинейного движения предполагает, что большое значение в качестве сопряжения будут иметь вспомогательные узлы и агрегаты, через которые также транслируется передача. Например, к таким могут относиться бортовые редукторы, сервомеханизм (при поворотах), а также вилка отключения муфты.

Разновидности муфты

Муфты различаются по конструкционному исполнению, способу оказания прижимного усилия и характеру обеспечения механики трения. Уже говорилось, что в качестве элементов муфты чаще всего выступают диски. Но также могут использоваться конусные, цилиндрические и барабанно-ленточные детали. Такие элементы обычно применяют в конструкциях, где реализуется нестандартная конфигурация прижима, например угловая. Техническим развитием традиционных механизмов стала многодисковая фрикционная муфта, которая выигрывает за счет плавности хода и обеспечения более высокой силы сцепления. Что касается способа оказания прижимного усилия, то оно может обеспечиваться гидравликой или пневматикой. В первом случае рабочей средой будет выступать техническая жидкость, а во втором – сжатый воздух от компрессора. Также современные муфты работают за счет электромагнитных потоков, но из-за высокой стоимости и сложности данное решение менее распространено. Механика трения, в свою очередь, обеспечивается по сухому или мокрому принципу. В первом случае движения выполняются без применения смазки, а во втором – с маслом, которое снижает негативные эффекты трения и отводит тепло.

Муфта сцепления

Данная разновидность муфты отвечает за плавное сцепление ведущего и ведомого валов. Сложность ее задачи обусловливается не столько физической сцепкой, сколько противодействием нагрузкам окружающей среды. Для понимания особенности таких муфт на фоне других деталей, обеспечивающих сцепку, можно сравнить их с аналогами в виде зубчатых и кулачковых компонентов соединительной цепи. В отличие от них, фрикционные муфты сцепления при большой разности в скоростях двух валов не дают сильных ударов и перегрузок. Они скорее затормаживают активность механизма, обеспечивая тем самым возможность соосного сопряжения в наиболее выгодный момент. Иными словами, они подстраиваются под оптимальные условия сопряжения.

Предохранительная муфта

Муфты этого типа служат для безопасного соединения или разъединения валов в том случае, если механизм работает под высокими нагрузками. Такие элементы способны автоматически восстанавливать функциональность агрегата после того, как пиковая перегрузка завершилась. Но важно иметь в виду, что из-за различий в коэффициентах трения дисков тонность работы предохранительной муфты достаточно невелика. Поэтому ее чаще используют при регулярных, но кратковременных перегрузках, когда работа механизма выходит за рамки нормативной частоты крутящего момента. Компенсация поглощаемой энергии обеспечивается пружиной, демпферными элементами устройства или теплоотводящими материалами, из которых может быть выполнена и основа конструкции.

Используемые в конструкции материалы

Традиционные технологии изготовления муфт базируются на использовании стальных сплавов с антикоррозийными покрытиями. В наши дни также развивается сегмент композитных углеродных материалов, кевларовые элементы и так далее. Самые же технически развитые детали изготавливают из специализированных фрикционных материалов. В частности, к таким можно отнести ретинакс, трибонит и пресс-композит. Первый представляет собой сплав барита, асбеста и фенолформальдегидных смол, дополненных стружкой из латуни. В состав трибонита также входят компоненты нефтепродуктов и композиты, благодаря которым диск фрикционной муфты может эксплуатироваться в условиях водной среды. Прессованные композиты отличаются тем, что в составе их структуры предусматриваются высокопрочные волокна, повышающие износостойкость деталей.

Формы выпуска деталей

Дисковые муфты представляют целый класс пластинчатых фрикционных деталей. В эту группу кроме стандартного форм-фактора также входят вкладыши, которые изготавливаются из вышеупомянутого ретинакса и композитных сплавов. Пластинчатая муфта сцепления может иметь и форму сектора. Такие элементы тоже имеют внутренний и внешний диаметры, но в конструкции предусматривается и угловой сектор, позволяющий интегрировать элемент в механизмы с нестандартной сцепкой.

Заключение

Хотя на смену традиционной механике приходят более эргономичные, функциональные и удобные в управлении приводные системы наподобие электромагнитных и пневматических, в некоторых сферах по-прежнему востребованы привычные силовые детали. К таким как раз относятся и фрикционные муфты, благодаря несложной форме которых простые технические устройства служат долго и исправно. Разумеется, есть свои сложности в обслуживании таких компонентов. Они изнашиваются, требуют ремонта и замены. Однако даже внедрение современных электромагнитных аналогов пока не способно в полной мере восполнить функцию стальной муфты с гидравликой. Другое дело, что есть спрос на повышение технико-эксплуатационных качеств за счет новых композитных материалов. Но и они принципиально отличаются лишь физико-химическими свойствами.

Фрикционные муфты – это устройства, которые предназначены для передачи вращательного движения в механизме. Довольно часто элементы данного типа встречаются в автомобиле.

Также они используются в приводах. Основное преимущество модификаций кроется в их компактности. Существует множество разновидностей муфт. Чтобы узнать больше данных о них, стоит ознакомиться с чертежами модели.

Устройство модели

Обычная муфта включает в себя барабан и набор дисков. Непосредственно корпус используется чашечной формы. Многие модификации производятся с зажимными пластинами. Пальцы у них фиксируются у основания устройства. Для подключения модели имеется вилка. Вращательный момент шестерни обеспечивается благодаря подшипникам.

Как работает муфта?

Принцип работы фрикционных муфт построен на передаче вращательного движения от вала. Происходит данный процесс благодаря барабану. Он плотно соединен с дисками, которые его контролируют. Для удержания механизма по оси имеется пружина. Стандартная модель фиксируется к валу через вилку. Также стоит отметить, что скорость вращения зависит от типов подшипника.

Типы моделей

По форме выделяют дисковые, конусные и цилиндрические модификации. В отдельную категорию относят многодисковые модели. Существуют устройства с одним или несколькими барабанами. Они отличаются по габаритам, а также коэффициенту вращения.

Дисковые устройства

Наиболее распространенными считаются дисковые фрикционные муфты. У них используется большой барабан. При этом прижимная пластина крепится через стойку. У многих моделей используется несколько стяжек. Также стоит отметить, что существуют устройства с пальцами. У них довольно высокая сила трения. Данные устройства можно встретить в станках.

Конусные модификации

Конусная муфта фрикционная (чертеж показан ниже) подходит для приводных устройств. У нее имеется несколько барабанов, которые соединяются через пластину. Вилки используются разных размеров. Также надо отметить, что конусные модификации хорошо подходят для автомобилей, часто устанавливаются на механизмы сцепления. Пальцы в данном случае крепятся под небольшим углом наклона. Ведомые пластины хорошо зашлифованы и способны вращаться с большой скоростью.

Цилиндрические устройства

Цилиндрическая фрикционная муфта сцепления очень редко встречается на производстве. Наиболее часто модели устанавливаются на краны. Ведущие барабаны у них применяются большой ширины. При этом стойки отличаются по размеру. Некоторые специалисты указывают на прочность пружин. Муфты данного типа способны выдерживать большие перегрузки по оси. У них может быть один или несколько подшипников. Стяжные пальцы устанавливаются большого размера.

Особенности многодисковых моделей

Многодисковая фрикционная муфта включает в себя широкий барабан, а также три рабочие пластины. Стяжные пальцы используются на подкладках. У многих моделей устанавливается несколько опор. Также стоит отметить, что есть модификации на две пружины. У них высокая прижимная сила, применяются вилки большого диаметра. Наиболее часто устройства устанавливаются на приводы. Корпуса применяются конусной формы.

Модели с одним барабаном

Фрикционные муфты с одним барабаном делаются с одной или несколькими пластинами. Сила сжатия в данном случае регулируется пальцами. Некоторые специалисты говорят о том, что модификации подходят для кранов. Однако они встречаются еще в автомобилях. Также стоит отметить, что модели выдерживают большие перегрузки. Ведомые диски у них отшлифованы, способны быстро вращаться. Вилки включения чаще всего устанавливаются у основания механизма.

Модели с несколькими барабанами

Довольно часто на производстве встречается муфта предохранительная (фрикционная) с несколькими барабанами. Среди достоинств модификации стоит отметить хорошие упоры и высокую прижимную силу. Многие модели способны выдерживать большие нагрузки. У механизмов редко устанавливаются накладки. Также стоит отметить, что ведущие шестерни используются большого размера. Некоторые муфты работают от растяжных пальцев. У них имеются две стойки.

При этом вилка для подключения находится в передней части конструкции. Устройства не подходят для приводов, поскольку у них медленный старт. Также стоит отметить, что существуют модели с отжимным диском. Шток в данном случае располагается в горизонтальном положении. Пальцы при этом используются небольшого размера. В устройствах высокая сила сжатия. Барабаны способны вращаться только в одном направлении. Ведущий диск может находиться за выжимной пластиной либо перед ней.

Втулочные модели

Втулочные фрикционные муфты подходят только для механизмов сцепления. Некоторые модификации применяются в приводных устройствах. У моделей может использоваться несколько перегородок. Также стоит отметить, что стяжные пальцы устанавливаются над выжимной пружиной. Пластины находятся в горизонтальном положении. Втулка крепится между перегородок и играет роль амортизатора.

Если говорить про недостатки, то стоит отметить, что у моделей малая прижимная сила. Также модели не способны поддерживать высокие обороты вала. Устройства не подходят для приводов.

Преимущества фланцевых устройств

Преимущества фланцевых муфт кроются в том, что у них малый износ барабана. Диски чаще всего фиксируются за стойкой. Перегородки применяются небольшого размера. Для удержания стойки используются зажимные пластины. Пружины чаще всего фиксируются в нижней части муфт. Некоторые модели работают с приводами. Подключение к валу происходит через вилку. Также стоит отметить, что существуют модификации с широкими отжимными дисками. У них конусные корпуса, и они являются очень компактными.

Модели на шарнирах

Муфты на шарнирах способны работать в приводных устройствах разной мощности. Модификации выделяются широкими перегородками и короткими пальцами. Диски фиксируются у основания пластины. Корпуса производятся разного размера. Стяжные пальцы располагаются перед стойкой. Перегородки могут быть с нарезами. Также стоит отметить, что сила вращательного момента зависит от размеров барабана. Как правило, у него применяется широкая стенка. При этом края заточены и не трутся о диски. Это было достигнуто за счет установки шарниров.

Кулачковые устройства

Фрикционная муфта с кулачками подходит для станочных устройств. Многие модели выдерживают значительную нагрузку, однако в данном случае многое зависит от барабана. У некоторых устройств он фиксируется между перегородками. Также надо отметить, что есть модели на пластинах. Для удержания деталей применяется конусный корпус.

Наиболее распространенными считаются муфты на отжимных дисках. У них используются барабаны небольшой ширины. Штоки в данном случае соединяются с вилками. Многие модели используются в механизмах сцепления. Стяжные пальцы могут фиксироваться у основания перегородок. Ведомый барабан практически не стирается. Стяжные пальцы стандартно используются небольшого размера.

Модели для приводов

Фрикционная муфта для приводов может работать с одним или несколькими барабанами. В данном случае штоки производятся под небольшие валы. Барабаны устанавливаются в горизонтальном положении. Многие модификации оснащаются дисками из сплава алюминия. Также стоит отметить, что существуют модификации с пружинными устройствами.

Если рассматривать стандартную модификацию, то у нее имеются два отжимных диска. Между ними есть только одна пластина. Втулка в данном случае крепится за штоком. С целью сохранности барабана устанавливаются подшипники. Если рассматривать модели для больших приводов, то у них имеется отжимной диск с перегородкой. Ведомый барабан работает на широкой стойке. Нажимные пружины могут быть со стяжками. Вилки у муфт фиксируются у основания. Некоторые модели производятся с конусными корпусами. Дополнительно у муфт применяются компактные рабочие пластины.

Многодисковая фрикционная муфта – это разновидность механизмов передачи крутящего момента, состоящий из пакета фрикционных и стальных дисков. Момент передается за счет силы трения, возникающей при сжатии дисков. Многодисковые муфты широко используются в различных узлах трансмиссии автомобилей. Рассмотрим устройство, принцип действия, а также плюсы и минусы данных механизмов.

Принцип работы муфты

Основная задача многодисковой муфты – в нужный момент плавно соединить и разъединить входной (ведущий) и выходной (ведомый) валы с помощью силы трения между дисками. При этом от одного вала к другому передается крутящий момент. Диски сжимаются за счет действия давления жидкости.

Отметим, что чем сильнее соприкасаются поверхности дисков, тем больше величина передаваемого момента. При работе муфта может пробуксовывать, при этом ведомый вал разгоняется плавно, без рывков и ударов.

Главное отличие многодискового механизма от других заключается в том, что за счет наращивания количества дисков увеличивается количество соприкасающихся поверхностей, в результате чего становится возможным передавать больший крутящий момент.

Основа нормальной работы фрикционной муфты – наличие регламентированного зазора между дисками. Этот интервал должен равняться значению, которое установил производитель. Если зазор между дисками муфты будет меньше положенного, то фрикционы будут постоянно находиться в «поджатом» состоянии и, соответственно, быстрее изнашиваться. Если же расстояние будет больше, то при работе будет наблюдаться пробуксовка муфты. В этом случае тоже не избежать быстрого износа. Точная регулировка зазоров между фрикционами при ремонте муфты – залог ее правильной работы.

Устройство и основные компоненты

Многодисковая фрикционная муфта конструктивно представляет собой пакет из стальных и фрикционных дисков, которые чередуются между собой. Их количество напрямую зависит от того, какой крутящий момент необходимо передавать между валами.

Принцип работы многодисковой муфты

Итак, в муфте присутствует два вида дисков – стальные и фрикционные. В чем же их различие? Все дело в том, что второй вид дисков имеет специальное покрытие, называемое «фрикционным». Оно изготовлено из материалов, которые имеют повышенный коэффициент трения: керамика, углеродные композиты, кевларовые нити и проч.

Чаще всего фрикционные диски – это стальные диски с фрикционным слоем. Однако, их основой не всегда выступает сталь, иногда эти части муфты изготавливают из прочной пластмассы. Диски крепятся к ступице ведущего вала.

Обычные стальные диски без фрикционных покрытий фиксируются в барабане, связанном с ведомым валом.

Также в конструкцию муфты входят поршень и возвратная пружина. Под действием давления жидкости поршень давит на пакет дисков, за счет чего и возникает сила трения между ними, а также передается крутящий момент. После того, как давление сбрасывается, пружина возвращает поршень обратно, и муфта выключается.

Различают два типа многодисковой муфты: сухая и мокрая. Второй тип устройств частично заполнен маслом. Смазочный материал необходим для:

• более эффективного отвода тепла;
• смазывания деталей муфты.

Мокрая многодисковая муфта имеет один недочет – у нее отмечается низкий коэффициент трения. Данный недостаток производители компенсируют с помощью увеличения давления на диски, а также благодаря использованию новейших фрикционных материалов.

Преимущества и недостатки

Преимущества многодисковой фрикционной муфты:

• компактность;
• при использовании многодисковой муфты значительно уменьшаются габариты узла;
• передача существенного крутящего момента при малых размерах механизма (за счет увеличения количества дисков);
• плавность работы;
• возможность соосно соединять ведущий и ведомый валы.

Однако, данный механизм не лишен недостатков. Например, при работе может наблюдаться пригорание стальных и фрикционных дисков. У мокрых многодисковых муфт при изменении вязкости смазочного материала также меняется коэффициент трения.

Применение муфты

Многодисковые фрикционные муфты широко применяются в автомобилях. Данное устройство используется в следующих системах:

• сцепление (в вариаторах без гидротрансформатора);
• автоматическая коробка передач (АКПП): муфта в АКПП служит для передачи крутящего момента к планетарному ряду;
• роботизированная коробка передач: пакет дисков с двойным сцеплением в коробке-роботе используется для высокоскоростного переключения передач;
• системы полного привода: фрикционное устройство устанавливают в раздаточной коробке (муфта здесь необходима для автоматического блокирования межосевого дифференциала);
• дифференциал: механическое устройство выполняет функцию полной или частичной блокировки.