OUT-CLUB.RU - XL.Полный привод: что к чему...

Наверное глупо комментировать дискуссию, которая велась почти десять лет назад, но видя, что и сейчас нет полного понимания, рискну высказать свое мнение по работе электромагнитной муфты привода задней оси.

1. Устройство и принцип работы электромагнитной муфты хорошо показаны в этом видео. На видео видно, что с ведомым валом (тот, который идет на дифференциал задней оси) связана половина дисков главного сцепления и ведущий диск кулачкового механизма. Ведущий вал (тот, с которым связан кардан) в самой муфте выполнен в виде внутреннего корпуса в форме стакана, с ним связана вторая половина дисков главного сцепления, нажимной диск управляющего сцепления, якорь электромагнита, половина дисков управляющего сцепления. Вторая половина дисков управляющего сцепления жестко связана с ведомым диском кулачкового механизма, который может свободно проворачиваться на ведомом валу.
Схема с кулачковым механизмом сжатия дисков главного сцепления выбрана не из-за каких-то особых требований по включению главного сцепления при проскальзывании одной оси относительно другой, а исключительно в целях разумной мощности электромагнита. Max ток 5А, а потребная мощность для сжатия дисков главного сцепления как минимум на порядок её превышает и обеспечивается за счет кулачкового механизма, т.е. за счет отбора энергии вращения карданного вала.
При выключенном электромагните ведомый диск кулачкового механизма вращается в той же скоростью, что и ведущий диск кулачкового механизма за счет связи через 6 шариков. С ведомым диском кулачкового механизма вращаются жестко связанные с ним три диска управляющего сцепления. Парные им диски управляющего сцепления, связанные в ведущим валом, в зависимости от скоростей вращения передней и задней оси, вращаются или с той же скоростью, либо с несколько отличающейся скорость, т.е. с проскальзыванием. Шарики стоят по центру, сжатия дисков главного сцепления нет, момент не передается.
При включении электромагнита, диски управляющего сцепления сжимаются, связанные с ведомым диском кулачкового механизма диски этого сцепления получают дополнительный момент от дисков, связанных с ведущим валом, ведомый диск кулачкового механизма проворачивается относительно ведущего диска кулачкового механизма, шарики смещаются, радиально сжимая диски главного сцепления, момент передаётся на заднюю ось.
Но не совсем правильно будет говорить, что смещение дисков кулачкового механизма происходит из-за разности СКОРОСТЕЙ вращения передней и задней осей. В механизме 6 шариков, значит на каждый приходится 60 градусов окружности, смещение в одну сторону - это 30 градусов, в реальности канавки не полностью перекрываются, будет градусов 20, передаточное число главной передачи заднего дифференциала около 4, значит по колесу смещение будет всего 5 градусов. Т.е. достаточно сместиться передней оси всего на 5 градусов, этого будет достаточно для полного расклинивания. Расклинивает не разность СКОРОСТЕЙ вращения, а первичное СМЕЩЕНИЕ на очень небольшой угол одной оси относительно другой. Скорости вращения могут оставаться различными, но смещения дисков кулачкового механизма более чем на 20 градусов быть не может - движение шариков ограничено канавкой, т.е. будет проскальзывание в управляющем сцеплении. Первичное смещение осей на 5 градусов ничтожно с точки зрения подключения задней оси, получить подобное смещение можно при идеально прямом движении на идеально ровной поверхности за десятки или сотни миллисекунд, хотя бы за счет люфтов и неидеальностей трансмиссии. Так что, как только электромагнит включен, смещение будет практически мгновенно, вне зависимости от условий движения.
Когда производитель говорит о каких-либо процессах в муфте при разности скоростей вращения осей автомобиля, то имеются в виду скорости, определяемые системой ABS, и реакция на это со стороны управляющей электроники в виде изменения тока через обмотки электромагнита муфты, а не самостоятельная реакция механики муфты на эту разницу скоростей вращения отдельных её компонентов.

2. На счет плавности передачи момента, т.е. может ли электромагнитная муфта передавать только часть момента или она работает только в режиме ВКЛ/ВЫКЛ.
На самом деле в такой постановке вопроса есть некорректность. Муфта во включенном состоянии ВСЕГДА передает 100% момента с ведущего вала на ведомый, вне зависимости от того, есть проскальзывание в дисках главного сцепления или нет. Другого быть не может, так как в ней, как и в обычном сцеплении, нет частей, которые могли бы взять часть момента. Вспоминаем третий закон Ньютона и видим, что момент всегда передается полностью. Только правильнее будет говорить так «во включенном состоянии муфты момент на ведущем её вале всегда равен моменту на ведомом вале», т.е. сколько сможет забрать задняя ось, столько и будет.
При полностью заблокированной муфте и момент и мощность передаются полностью без потерь. При проскальзывании дисков главного сцепления, момент также передается полностью, а потери мощности на трение будут:
2*pi*M*(f1-f2) Вт, где pi - это пи, M - передаваемый момент, f1, f2 - частота вращения ведущего и ведомого вала, соответственно.
Момент-то передается полностью, но есть одно НО - есть максимально возможный момент, который муфта может передать, дальше начинается пробуксовка в дисках главного сцепления муфты, и на автомобиле передаваемый момент больше расти не может. Важно уточнить, что именно «на автомобиле» при пробуксовке муфты момент не может расти дальше, в условиях стенда можно продолжать увеличивать передаваемый муфтой момент и при ее пробуксовке - подгружая ведомый вал и увеличивая обороты ведущего, за счет пробуксовки муфта будет раскаляться, но передаваемый момент будет продолжать увеличиваться. На автомобиле все по другому - при пробуксовке в муфте, задняя ось начнет вращаться медленнее, чем передняя, и в какой-то момент времени просто не сможет уже брать больший момент, так как будет волочиться за передней осью.
Максимально передаваемый муфтой без пробуксовки момент зависит от степени сжатия дисков главного сцепления, которая зависит от степени смещения шариков кулачкового механизма, которая зависит от дополнительного момента, передаваемого на ведомый диск кулачкового механизма со стороны дисков управляющего сцепления, а этот момент в свою очередь завит от разности скоростей вращения передней и задней оси и от тока в электромагните. Управляющая электроника получает информацию от ABS о скорости вращения всех колес автомобиля, на основании неё вычисляет скорость вращения осей, таким образом знает разность скоростей вращения осей, а зная эту разницу, может поддерживать в электромагните соответствующий ток, обеспечивающий требуемую ей максимальную величину передаваемого момента.
Когда производитель говорит о том, что в каких-то определенных условиях на заднюю ось передается 40%/25%/15% или 60%/40%/30% крутящего момента, это говорит только о том, что напряжение, подаваемое в данный момент времени на электромагнит муфты таково, что при ОДИНАКОВОЙ скорости вращения осей максимальный передаваемый без пробуксовки муфтой момент равен этому проценту от того момента, который может выдать двигатель в этих условиях. Пробуксовка передней оси только дополнительно сожмет диски муфты и увеличит передаваемый на зад момент. Например, наехав передними колесами на ролики, получим нулевой момент на передней оси, на заднюю ось пойдет 100% момента от двигателя, автомобиль стронется с роликов.
В реальности более сложные алгоритмы управления муфтой используются, конечно. Например, в повороте ток снижают, чтобы обеспечить более легкую пробуксовку осей, при трогании увеличивают, так как нагрузка на заднюю ось возрастает, в движении можно регулировать ток, исключая проскальзывание осей при прямолинейном движении.

3. Сила притяжения якоря электромагнита зависит от тока в нем, он изменяется в диапазоне от 0 до 5 ампер. Понятно, что изменяется из-за изменения подаваемого на него напряжения. Но никто не будет использовать линейные схемы регулировки подаваемого напряжения, слишком велики потери и слишком сильно будет греться система управления. Используется ШИМ-модулятор на частоте несколько килогерц, который подает напряжение импульсами с различной скважностью. Ток в катушке электромагнита при этом будет практически постоянный из-за большой индуктивности этой катушки, и будет меняться при изменении скважности подаваемых импульсов напряжения.

Удалось посмотреть на муфту в живую, разобрать и собрать её, протестировать работу. Дополню свой предыдущий пост. В принципе, особых ошибок в нем нет, за исключением одной неточности, которую я выделил ниже жирным текстом:

Цитата:

Сообщение от sergnsk (Сообщение 2447613)

Максимально передаваемый муфтой без пробуксовки момент зависит от степени сжатия дисков главного сцепления, которая зависит от степени смещения шариков кулачкового механизма, которая зависит от дополнительного момента, передаваемого на ведомый диск кулачкового механизма со стороны дисков управляющего сцепления, а этот момент в свою очередь ЗАВИТ ОТ РАЗНОСТИ СКОРОСТЕЙ ВРАЩЕНИЯ ПЕРЕДНЕЙ И ЗАДНЕЙ ОСИ и от тока в электромагните. Управляющая электроника получает информацию от ABS о скорости вращения всех колес автомобиля, на основании неё вычисляет скорость вращения осей, таким образом знает разность скоростей вращения осей, а зная эту разницу, может поддерживать в электромагните соответствующий ток, обеспечивающий требуемую ей максимальную величину передаваемого момента.

Так вот, максимальный передаваемый муфтой без пробуксовки момент ЗАВИСИТ ТОЛЬКО ОТ ТОКА В ЭЛЕКТРОМАГНИТЕ, И НЕ ЗАВИСИТ ОТ РАЗНОСТИ СКОРОСТЕЙ ВРАЩЕНИЯ КОЛЕС ИЛИ ВЗАИМНОГО СМЕЩЕНИЯ ОСЕЙ. Постараюсь объяснить это:
Вставляем в ведомый вал муфты хвостовик и зажимаем его в тисках, он всё время эксперимента будет неподвижен, неподвижными будут и половина дисков главного сцепления, и ведущий диск кулачкового механизма (оба жестко связаны с ведомым валом).

1. Ток через электромагнит отсутствует, диски управляющего сцепления не зажаты, могут свободно вращаться, диски управляющего сцепления, связанные с ведущим валом муфты, вращаются вместе с ним, диски, связанные с ведомым диском кулачкового механизма стоят на месте, так как ведомый диск кулачкового механизма связан через шарики с неподвижными ведущим диском кулачкового механизма. Ведущий вал вращается довольно свободно, момент муфта не передает.

2. Подаём небольшой ток на электромагнит муфты, диски управляющего сцепления слегка сжимаются, диски управляющего сцепления, связанные с ведомым диском кулачкового механизма, за счет трения от парных им дисков, связанных с ведущим валом, слегка поворачиваются вслед за ними и поворачивают связанный с ними ведомый диск кулачкового механизма, шарики смещаются от положения равновесия и зажимают диски главного сцепления (конструкция муфты такова, что при смещении шариков кулачковый механизм сдавливает только диски главного сцепления, никак не влияя на диски управляющего сцепления). Теперь, чтобы вращать ведущий вал муфты, придется приложить существенное усилие, так как диски главного сцепления зажаты. Приложив это усилие, мы провернем муфту и можем вращать её сколь угодно долго, прикладывая это усилие. Усилие зажатия дисков главного сцепления при этом вращении (и неизменном токе через электромагнит) расти не будут. Аналогично тому, как проворачиваются диски главного сцепления друг относительно друга, будут проворачиваться и диски управляющего сцепления, дополнительного смещения дисков кулачкового механизма друг относительно друга не будет, а значит и шарики не будут сильнее сжимать диски главного сцепления. Происходит это потому, что ток через электромагнит небольшой, усилие сжатия дисков управляющего сцепления незначительное, а значит этого усилия уже недостаточно для того, чтобы сильнее сдвинуть шарики. А значит смещение дисков кулачкового механизма друг относительно друга будет постоянным вне зависимости от разности скоростей вращения осей, а значит и степень сжатия дисков главного сцепления и максимально передаваемый без пробуксовки момент изменяться не будет.
Фактически канавки на дисках кулачкового механизма и скользящие по ним шарики - это аналог клина - радиально приложенная сила, сдвигающая один из дисков кулачкового механизма, вызывает многократно большую осевую силу (эффект клина), сжимающую диски главного сцепления. А так как радиально приложенная сила не растет (она определяется силами трения в сжатом управляющем сцеплении, а степень сжатия зависит только от тока в электромагните), то и осевая сила не растет. Зная точно параметры управляющего сцепления, можно рассчитать, во сколько раз сила сжатия дисков главного сцепления превосходит первичную силу, с которой электромагнит сживает диски управляющего сцепления. Усиление огромно - небольшая сила сжатия дисков управляющего сцепления за счет трения в этих дисках вызывает огромные радиальные усилия, которые усиливаются клиновидными канавками с шариками и получаем силу сжатия дисков основного сцепления. Речь может идти о сотнях и тысячах раз. Поэтому и используется такая схема, если сжимать диски главного сцепления напрямую электромагнитом, то его надо делать в сотни или тысячи раз мощнее, что не представляется возможным.

3. Далее, увеличиваем немного силу тока электромагнита, диски управляющего сцепления сжимаются сильнее, трение между ними сильнее проворачивает диски кулачкового механизма, шарики сильнее сживают диски главного сцепления, как результат - нужно большее усилие, чтобы провернуть муфту.

Фактически такой опыт и был проделан, только из-за отсутствия динамометрических ключей, рассчитанных на такое огромное усилие, не удалось точно зафиксировать моменты в зависимости от тока, но тенденция была ясна, как и отсутствие дополнительного расклинивания из-за взаимного вращения осей. Важна только сила тока в электромагните муфты, только от неё зависит максимально передаваемый без пробуксовки муфтой момент.
Управляющая электроника в режиме отрицательной обратной связи в целях выравнивания скоростей вращения передней и задней осей автомобиля может следить за их скоростями (по датчикам ABS), корректировать силу тока через электромагнит муфты (скважностью импульсов ШИМ) - не равны скорости, немного добавим тока, выровнялись скорости - ток можно слегка снизить, начали опять различаться - немного поднять силу тока, и так далее.

Всё остальное в предыдущем сообщение корректно и было подтверждено на практике.