Вискомуфта — устройство и применение¶

Вискомуфта (от лат. vis — сила и нем. Muffe — муфта), также вязкостная муфта — механическое устройство, передающее крутящий момент за счёт вязкости рабочей жидкости, заключённой между сдвигающими поверхностями. Относится к классу гидравлических муфт и широко применяется в приводах колёс автомобилей с полным приводом, в системах охлаждения вентиляторов, в приводах сельскохозяйственной и дорожной техники, а также в различных системах ограничения крутящего момента.

¶Принцип работы

Вискомуфта состоит из герметичного корпуса, заполненного силиконовым маслом (силиконовой жидкостью) с высоким индексом вязкости, и набора сдвигающих дисков (пластин), погружённых в это масло. Одна группа дисков связана с ведущим валом, вторая — с ведомым. При равных угловых скоростях валов относительного сдвига между пластинами нет, момент через муфту не передаётся, жидкость остаётся практически в покое.

При возникновении разницы угловых скоростей (перепада) между валами силиконовое масло начинает сдвигаться между дисками. Вязкость жидкости преобразует сдвигающее усилие в передающий момент: чем больше разница скоростей, тем больше сопротивление сдвигу и тем выше передаваемый крутящий момент. Характерная особенность вискомуфты — зависимость передаваемого момента от величины перепада скоростей, причём зависимость эта нелинейная: при определённом перепаде сила сдвига возрастает настолько, что масло начинает структурно разрушаться (так называемая «вспышка» — фрикционная неустойчивость), и муфта резко «захлёбывается» — передаваемый момент скачкообразно возрастает в десятки раз. Этот эффект лежит в основе работы блокируемых вискомуфт.

¶Устройство и рабочая жидкость

Корпус муфты обычно представляет собой цилиндрический кожух с лабиринтными уплотнениями. Внутри корпуса на параллельных осях расположены два комплекта дисков — с ведущей и ведомой стороны. Зазор между дисками составляет доли миллиметра, что обеспечивает высокую чувствительность устройства.

Рабочей жидкостью служит силиконовое масло (полидиметилсилоксан) — термостойкое вещество, вязкость которого слабо зависит от температуры (выокий индекс вязкости) и которое не разрушается при длительном сдвиге. Силиконовая жидкость сохраняет работоспособность в диапазоне температур от −40 °C до +200 °C, что делает вискомуфту пригодной для эксплуатации в тяжёлых условиях.

¶Классификация

По назначению и способу работы вискомуфты подразделяются на:

• Нерегулируемые (простые) — передают момент пропорционально перепаду скоростей, без внешнего управления. Наиболее распространены в приводах вентиляторов охлаждения.
• Управляемые (блокируемые) — снабжены механизмом принудительной блокировки (чаще всего электромагнитным сцеплением), включаемым по команде системы управления. Применяются в раздаточных коробках полноприводных автомобилей.
• Дифференциалы с вискомуфтой (самоблокирующиеся дифференциалы) — узлы, в которых вискомуфта выступает как ограничитель пробуксовки: при разнице скоростей колёс муфта передаёт момент на более нагруженную ось.

¶Применение

¶Автомобильная техника

Наиболее массовое применение вискомуфта получила в автомобильной промышленности. В раздаточных коробках полноприводных автомобилей (Subaru, Audi с системой quattro ранних поколений, Suzuki, Land Rover и других) вискомуфта служит самоблокирующимся дифференциалом: при пробуксовке одного из колёс перепад скоростей приводит к блокировке муфты и перераспределению момента на колёса с лучшим сцеплением. В ряде конструкций (например, в системе ATTESA компании Toyota) вискомуфта работает в паре с электронным управлением.

В системах охлаждения двигателей вискомуфта управляет вентилятором: при росте температуры (а точнее — при возрастании нагрузки на привод вентилятора, например из-за сопротивления воздуха радиатору) муфта плавно включает вентилятор, а при снижении нагрузки — отключает его. Такое решение экономит мощность двигателя и снижает шум. Аналогичные муфты применяются в грузовых автомобилях и тракторах.

¶Сельское хозяйство и промышленность

Вискомуфты используются в приводах сельскохозяйственных машин (посевные комплексы, опрыскиватели), в приводах буровых установок, в системах предохранения редукторов от перегрузки. В приводах конвейеров и мельниц вискомуфта выполняет роль предохранительного элемента, ограничивающего максимальный крутящий момент и защищающего механизм от поломки.

¶Бытовая техника

Вискомуфты применяются в стиральных машинах (как элемент привода барабана), в некоторых моделях вентиляторов и климатической техники.

¶Достоинства и недостатки

К достоинствам вискомуфт относятся: отсутствие необходимости в сложной системе управления (для нерегулируемых типов), плавность включения и отключения, высокая надёжность и долговечность, способность гасить ударные нагрузки и вибрации, компактность.

Недостатками являются: зависимость характеристик от температуры рабочей жидкости (при сильном перегреве силиконовое масло может деградировать), относительно низкий КПД по сравнению с фрикционными муфтами с электронным управлением, инерционность срабатывания, невозможность полного разъединения валов в простых конструкциях. В современных автомобилях вискомуфты во многих узлах вытесняются электронно управляемыми муфтами с многодисковым сцеплением, однако они остаются востребованными в конструкциях, где важны простота и надёжность.

¶История

Принцип вязкостной передачи момента был впервые описан в патентной литературе в начале XX века. Серийное производство вискомуфт для автомобильных приводов началось в 1960-х годах; первыми массовыми применениями стали вентиляторы систем охлаждения двигателей. В 1970-е годы вискомуфты начали применяться в раздаточных коробках полноприводных автомобилей, а в 1980-е — в самоблокирующихся дифференциалах.

Источники:

• Киселёв В. А. Конструкция и расчёт автомобилей. — М.: Машиностроение.
• Вентцель Е. С. Детали машин. — М.: Высшая школа.
• Ходасевич А. Г., Николаев А. С. Конструкция и расчёт тракторов. — М.: Машиностроение.
• Автомобильный энциклопедический словарь. — М.: Большая Российская энциклопедия, 1997.