Как работает вискомуфта вентилятора в автомобиле?

Детали, узлы и механизмы автомобиля рано или поздно выходят из строя. Не исключением является и вискомуфта вентилятора и многим автомобилистам будет полезно знать, как производить её ремонт самостоятельно. Не спешите отправлять вискомуфту в утиль, так как многие автовладельцы утверждают, что её ремонт не потребует особых знаний и усилий.

Принцип работы вискомуфты

Что такое вискомуфта вентилятора охлаждения? Это специальный механизм, который выполняет функцию избирательной передачи, что зависит от внешних условий, крутящего момента.

Вязкостная муфта выглядит как корпус, который полностью герметичен, с расположенными внутри двумя рядами дисков. Один из них связывается с ведомым валом, второй с ведущим. Эти диски перемежаются друг с другом. Каждый из них имеет как отверстия, так и выступы, а расстояние между плоскостями дисков минимальное.

Корпус вискомуфты внутри заполнен вязкой жидкостью, которая, зачастую, изготавливается на силиконовой основе.

Жидкость для вискомуфты отличается специфическими особенностями, которые позволяют эффективно её использовать. Это:

• Увеличение вязкости при возрастании интенсивности перемешивания.
• Высокий коэффициент расширения во время нагрева.

Когда автомобиль движется с постоянной скоростью, диски вискомуфты вращаются равномерно и масло между ними не перемешивается. Когда скорость ведомого и ведущего валов разнится, также различается и скорость вращения дисков. В результате этого вязкость жидкости увеличивается, и она воздействует на передачу крутящего момента к ведомому валу.

Когда разность скоростей вращения дисков очень велика, масло для вискомуфты становится настолько вязким, что она блокируется. Жидкость переходит в состояние, близкое к твёрдому.

Как проверить работоспособность вискомуфты радиатора?

Во многих эксплуатационных пособиях по ремонту автомобильной техники говорится, что

следует проверить вращение вентилятора на холодном и горячем моторе. Там же пишется, что на холодном силовом агрегате при перегазовке частота вращений не изменяется, а на горячем существенно возрастает.

Проверьте продольный люфт муфты вентилятора охлаждения, если такой наблюдается, значит ей требуется ремонт. Появившиеся при вращении посторонние звуки, в большинстве случаев свидетельствуют о том, что из строя вышли подшипники.

К неисправностям относятся также постаревшие уплотнительные сальники. Но чаще всего встречается такая неполадка, как утечка масла из разгерметизированного корпуса вязкостной муфты.

Знаете ли вы? В начале двадцатого века братья Стенли установили скоростной рекорд. Сконструированный ими автомобиль мог развивать скорость до 200 км/ч. В скором времени они открыли гостиницу и стали предоставлять услуги пассажирских перевозок от железной дороги на своём паровом автобусе. То время и считается началом мирового автобусного туризма.

Самостоятельный ремонт вискомуфты

Гидромуфта вентилятора охлаждения не всегда требует полной замены в случае появления какой-либо неисправности. Постарайтесь в первую очередь отремонтировать деталь самостоятельно.

Заправка рабочей жидкости

Самая распространённая причина выхода из строя вязкостной муфты – это утечка силиконовой жидкости из корпуса. Самостоятельный ремонт заключается в замене жидкости.

План действий следующий:

• Снимите вязкостную муфту и разберите её.
• Осмотрите верхний диск механизма. На нём имеется пластина с пружиной, под которой есть отверстие. Туда и следует заливать силиконовую жидкость.
• Очень аккуратно снимите штифт и залейте масло специальным шприцом.

Важно! При этой процедуре вискомуфта должна находится строго в горизонтальном положении.

• Пятнадцати миллилитров вполне хватит для залития.
• Залив силиконовой жидкости следует производить максимально аккуратно.
• Не вынимайте шприц сразу же. Дождитесь пока вещество полностью не зальётся внутрь корпуса вязкостной муфты.
• Протрите поверхность механизма от лишней смазки.
• Поставьте на место штифт и монтируйте муфту на место.

Важно! Если строение автомобиля не ваша сильная сторона, тогда лучше отложить самостоятельное проведение ремонта. Дело заключается в том, что обратная сборка деталей может оказаться весьма сложной.

Замена подшипника

Очередной не менее частой причиной выхода из строя вязкостной муфты являются её подшипники. Главный признак такой неисправности – это появившиеся инородные шумы в радиаторе охлаждения автомобиля. Порядок работ по устранению данной поломки следующий:

1. Прежде чем начать ремонтные работы, нужно снять вентилятор из главной конструкции силового агрегата. Нужно открутить три болта крепления, после чего муфта вентилятора системы охлаждения будет легко снята из моторного отсека.
2. Теперь можно непосредственно заменять подшипник вязкостной муфты. Разберите узел и слейте жидкость полностью. Чтобы снять подшипник, возьмите специальный запрессовыватель. Подручные средства лучше отложить в сторону, так как деталь весьма хрупкая и может повредиться.1
3. Установите новый подшипник и поставьте вентилятор на место. Залейте новую силиконовую жидкость в корпус вискомуфты.

Важно! Часто найти специальный съёмник для подшипника вискомуфты достаточно сложно, так как он продаётся далеко не во всех специализированных магазинах. Относительно других деталей, то таких сложностей не возникает.

Не все вязкостные муфты оборудованы специальным отверстием для слива силиконовой жидкости. Опытные ремонтники проделывают их самостоятельно, но новичкам мы этого делать не рекомендуем.

Важно! И запомните, что при данном ремонте применять грубую силу категорически запрещено!

Гидромуфта вентилятора в процессе работы не требует специального технического осмотра и обслуживания. Она без проблем эксплуатируется длительный срок. Но для большей уверенности в её дальнейшей бесперебойной работе следует следить за её чистотой.

Нужно удалять даже малейшие загрязнения и потёки, ведь они могут мешать оптимальной работе. Загрязнённый механизм работает с запозданием и не нагревается до нужной температуры, что приводит к некорректному управлению вентилятором.

Знаете ли вы? Слово «амфибия» пришло к нам из греческого языка и означает оно «тот, кто ведёт двойной образ жизни». Первый автомобиль-амфибия с ДВС был сконструирован в 1899 году в Дании.

Подписывайтесь на наши ленты в таких социальных сетях как, Facebook, Вконтакте, Instagram, Pinterest, Yandex Zen, Twitter и Telegram: все самые интересные автомобильные события собранные в одном месте.

Вискомуфта | awd авто, 4×4 машины, 4wd автомобили, 4motion, quattro, xDrive, SH-AWD, Haldex, Torsen, wiki

Вискомуфта состоит из набора пластин с отверстиями и наполнена силиконом. Часть пластин подсоеденена к ведущему валу (например к переднему мосту), часть к ведомому (например к заднему мосту). В нормальных дорожных условиях, пластины вращаются с одинаковой скоростью и неподвижны относительно друг друга. Как только происходит пробуксовка колёс, пластины проскальзывают относительно друг друга и нагревают силиконовый наполнитель. Силикон от нагрева твердеет и замыкает пластины между собой. К примеру, когда у автомобиля происходит пробуксовка передних колёс, вискомуфта замыкается и передаёт момент на задний мост. Викомуфта используется в системах полного привода следующим образом: вискомуфта установленная вместо центрального дифференциала (Редактировать) Такая конструкция используется в системах автоматически-подключаемого полного привода (Volkswagen Golf II, III Syncro и т. д.). В нормальных условиях всё усилие от двигателя передаётся на одну ось. Вторая ось подключена через вискомуфту, но катится свободно и не приводится от двигателя. При пробуксовка ведущей оси вискомуфта блокируется и момент от двигателя перебрасывается на вторую, ведомую ось. Иллюстрация: Вискомуфта Иллюстрация: Вискомуфта (2) установленная в районе заднего дифференциала на VW Golf 3 Иллюстрация: Детали вискомуфты Volkswagen Недостатком вискомуфты является низкая скорость срабатывания. Вискомуфта допускает излишнее проскальзывание колёс перед блокировкой и переброской момента на другую ось. Это особенно сильно проявляется в системах автоматически-подключаемого полного привода. К примеру, если добавить газу в скользком повороте сначала происходит снос ведущей оси, и лишь после некоторой задержки подключается второй мост резко изменяя поведение авомобиля. При трогании на песке может получиться так, что ведущие колёса успеют закопаться раньше чем в работу вступит вторая ось. Для уменьшения времени срабатывания вискомуфты, производители путём использования разных передаточных чисел в переднем и заднем редукторах заставляют ведущий и ведомый валы вращаться с разными скоростями, вызвая нагрев жидкости. Тем самым создаётся преднатяг муфты. К примеру у VW Golf II Syncro на заднюю ось постоянно подаётся около 5% момента. В то же время слишком сильный преднатяг вызывает слишком большие напряжения в трансмиссии и делаем машину слишком чуствительной к разному износу колёс на передней и задней осях. Volvo снизила величину преднатяга вискомуфты в 2000 г. а затем отказалась от использования вискомуфты в пользу многодискового сцепления Haldex в 2003 году (Volvo s60 использует Haldex с 2002 г.) (Источник: http://www.volvoxc.com/) вискомуфта интегрированная в центральный дифференциал (Редактировать) Такая конструкция используется в системах постоянного полного привода (BMW 325ix E30, Subaru Impreza/Legacy/Forester с ручной коробкой передач и т. д.). Тяга от двигателя передаётся на оба моста постоянно через центральный дифференциал. Дифференциал позволяет колёсам проходить разные пути при повороте автомобиля. Если же возникает пробуксовка одного из мостов, вискомуфта, интегрированная в центральный дифференциал блокируется и выравнивает скорости вращения переднего и заднего валов. Таким образом крутящий момент перебрасывается на другой мост. Вискомуфта также может быть интегрирована в задний дифференциал. Иллюстрация: Дифференциал, блокируемый вискомуфтой Иллюстрация: Вискомуфта (слева) и способы её интеграции в задний (справа вверху) и центральный планетарный дифференциал (справа внизу) Дополнительная информация: HowStuffWorks

This is a Wiki, so feel free to correct any factual or grammatical error. Test here before posting.

Вискомуфта: как работает, устройство, неисправности.

Рынок поддержанных автомобилей полон полноприводных кроссоверов, и не только. Большинство из них имеют так сказать не совсем полноценную систему полного привода, реализованную вискомуфтой. Чаще всего, такой узел встречается на автомобилях Toyota середины 2000-ых годов, и на таких асфальтных машинах многие, покупая полноприводную машину, к примеру RAV4 первого и второго поколения, очень сильно удивляются тому, что по факту покупают моноприводный универсал, по причине вышедшей из строя вискомуфты. Такая система полного привода у Toyota называется V-flex.

На фото — вязкостная муфта

Сегодня я предлагаю на примере этой системы полного привода, разобрать подробней, что же такое вискомуфта, как она работает, и стоит ли покупать автомобиль с системой полного привода, построенной вокруг нее.

Вискомуфта представляет собой механическое устройство, которое передает или стабилизирует крутящий момент, за счет вязкой жидкости. Устройство вискомуфты такое: в закрытом герметичном корпусев котором установлен пакет плоских круглых дисков, имеющих перфорацию. Диски сформированы таким образом, что ведомые и ведущие диски, перемещаются и находятся друг от друга на очень малом расстоянии. Жидкость, заполняющая корпус муфты на основе силикона имеет свойство менять вязкость при интенсивном перемешивании и нагреве, за счет чего зазор между дисками буквально сказать склеивается вязкой жидкостью, за счет ее расширения.

Устройство вискомуфты

Другими словами, работа вискомуфты зависит от разности скорости вращения ведомого и ведущего дисков, за счет чего меняются физические свойства кремний – органического вязкого вещества.

Месторасположение и схема работы вискомуфты

Такая система далеко не безупречна по причине того, что нет какой то регулировки смыкания дисков, и грубо говоря, все пущено на самотек, в прямом смысле этих слов, и зависит от свойств вязкой жидкости. Так же, к минусам можно отнести значительное время, которое требуется на срабатывание муфты. Это не так страшно, когда вискомуфта используется для включения привода вентилятора охлаждения радиатора, вот когда на включение полного привода требуется несколько минут, они могут стать фатальными. Так же, нельзя принудительно включить систему полного привода, и уже тем более ее заблокировать.

Если говорить об узле, то вискомуфта довольно простой, и как следствие недорогое устройство, которое не подлежит ремонту, и обычно ходит весь срок службы автомобиля. Выйти из строя она может только по причине долгой работы, и чаще всего она просто клинит. Что опять же, говорит о недостатках такого полного привода, ведь если вы где-то застрянете, придется много буксовать, и первое, что вас подведет – это вискомуфта.

Устройство в разобранном виде

Вискомуфта не ремонтопригодна, и ее проще купить новую, или контрактную, чем производить вскрытие. К тому же, далеко не каждый мастер возьмется за такую работу, и уж тем более, только единицы смогут ее успешно починить.

На сегодняшний момент, от вискомуфт в системах полного привода отказались уже все автопроизводители, сделав упор на гидромеханические или электромагнитные муфты, так как их работу куда проще регулировать, и в современных автомобилях, напичканных электроникой они более уместны, так как вискомуфту практически невозможно использовать в автомобилях, оборудованных антиблокировочными системами и системами стабилизации.

Я бы ни в коем случае не рекомендовал к покупке автомобиль с системой полного привода, в основе которой стоит вязкостная муфта. Откровенно говоря, это прошлый век. На рынке полно кроссоверов и просто полно приводных седанов и универсалов, которые оснащены подключаемым полным приводом в основе которых муфты Haldex (Volkswagen Tiguan, Opel Mokka, Ford Kuga), Dynamax (полно приводные модели Kia или Hyundai ) или вообще дифференциал Torsen (преимущественно дорогие модели Audi, оборудованные системой полного привода quattro). Это современные AWD системы, которые способны обеспечить и высокую проходимость, и безопасность в движении, как для людей в автомобиле, так и вне его.

С уважением, Андрей Червяков.

Устройство муфты Халдекс 5-го поколенияэлектромуфта Mazda CX-9

Вискомуфта вентилятора принцип работы, что это такое

Вискомуфта вентилятора является одним из менее известных составляющих системы охлаждения двигателя.

Что такое вискомуфта вентилятора

Вязкие муфты вентилятора используются на автомобилях (легковых и грузовых автомобилях) с продольно расположенным двигателем, в основном это автомобили с задним приводом. Муфта необходима на низких скоростях и на холостом ходу для регулирования температуры. Неисправный вентилятор может привести к перегреву двигателя во время холостого хода или в условиях интенсивного движения.

Где находится

Вязкая муфта вентилятора расположена между шкивом помпы и радиатором и выполняет следующие функции:

• Контролирует скорость вращения вентилятора для охлаждения двигателя;
• Помогает в эффективности двигателя за счет включения вентилятора, когда это необходимо;
• Снижает нагрузку на двигатель.

Крепление муфты

Либо муфта устанавливается на фланцевой вал, установленный на шкив помпы, либо в качестве альтернативы он может быть навинчен, непосредственно, на вал помпы.

Принцип работы вискомуфты

Вискомуфта основана на биметаллическом датчике, расположенном в передней части вискозного вентилятора. Этот датчик расширяется или сжимается, в зависимости от температуры, передаваемой через радиатор. Этот интеллектуальный компонент повышает эффективность двигателя за счет регулирования оборотов вентилятора двигателя и подачи холодного воздуха.

При холодных температурах

Биметаллический датчик сжимает клапан, поэтому масло внутри муфты остается в камере резервуара. На этом этапе муфта вискозного вентилятора отключается и вращается примерно на 20% от скорости вращения двигателя.

При рабочих температурах

Биметаллический датчик расширяется, вращая клапан и позволяя маслу перемещаться по всей камере во внешние края. Это создает достаточный крутящий момент для привода лопастей охлаждающего вентилятора при рабочих скоростях двигателя. На этом этапе сцепление с вязким вентилятором включается и вращается примерно на 80% от скорости вращения двигателя.

К чему может привести неисправная вискомуфта

При замене помпы всегда рекомендуется проверять состояние сцепления с вязким вентилятором. Поврежденная муфта будет непосредственно влиять на срок службы помпы. Неисправная вязкая муфта вентилятора может оставаться застрявшей в положении зацепления, что означает, что она всегда будет работать на 80% от скорости вращения двигателя. Это может привести к поломке с высоким уровнем шума и вибрации, создавая громкий вихревой звук при увеличении оборотов двигателя и увеличении расхода топлива.

С другой стороны, если соединение с вязким вентилятором выходит из строя в отключенном положении, оно не будет пропускать воздух через радиатор. Это, в свою очередь, приведет к перегреву двигателя при прекращении процесса охлаждения.

Причины поломки

• Утечка масла из муфты, отсоединение муфты вентилятора;
• Биметаллический датчик теряет свои свойства из-за поверхностного окисления, заставляя муфту застревать;
• Неисправность подшипника, хотя может возникнуть редко, если вязкая муфта вентилятора не была заменена после большого пробега. Это приводит к ухудшению состояния поверхностей.

Работа датчика вискомуфты

Биметаллический датчик управляет работой вискозной муфты. В первую очередь, существуют два типа биметаллических сенсорных систем: пластина и катушка. Оба они работают по тому же принципу, что и объяснялось ранее.

Единственное различие заключается в том, что, пока катушка расширяется и сжимается для поворота пластины вращения, биметалл сжимается и изгибается. Это перемещает скользящую пластину и позволяет маслу перемещаться из камеры резервуара в полость.

Видео: как проверить вискомуфту

​

Понравилась статья?

Поделитесь ссылкой с друзьями в социальных сетях:

А еще у нас интересные e-mail рассылки, подписывайтесь! (1 раз в неделю)

Интересные материалы

Вискомуфта что это в автомобиле

Описываемый ниже тип включения полного привода настолько распространён, что перечень всех автомобилей, где он устанавливается будет достаточно обширным.
Renault Duster, Nissan Qashqai, Mitsubishi Outlander, Hyundai Tucson, Hyundai Creta (upd. в комментариях поправили, что на Creta стоит муфта другого типа), Ford Escape, Mazda CX-5 — это лишь некоторые из тех, что на слуху. В основном, конечно же, это так называемые «паркетники», где установка полноценных раздаточных коробок невозможна из-за плотной компоновки. Так же малые габариты и простота управления позволяют устанавливать муфты этого типа и на совсем маленькие автомобили типа Mini Cooper. Однако и это далеко не вся область применения. Точно такие же муфты (правда, открытого типа и покрупневшие в размерах) можно обнаружить и в составе «взрослых» раздаточных коробок (например Borg Warner 4405 для Ford Explorer или Borg Warner 4406 для Ford Expedition/Lincoln Navigator).
Устройство муфты.

Конструктивно муфту можно разделить на три части:
— электромагнитная муфта для активации функции полного привода управляемая внешним электронным блоком;
— кулачковая муфта, предназначение которой — преобразование разницы крутящих моментов на входном и выходном валу в усилие сжатия фрикционного пакета;
— фрикционная муфта посредством которой и передаётся основной крутящий момент от входного вала к выходному.

На большинстве автомобилей все эти муфты (за исключением неподвижной катушки) заключены в герметичный корпус в который залита специальная трансмиссионная жидкость. Сделано это из-за слишком разных требований к маслам используемых в гипоидных зубчатых передачах (главная пара) и в передачах с использованием фрикционных материалов.
Для простоты представления процессов рассмотрим работу муфты на примере работы в режиме принудительного полного привода. В этом случае алгоритмы работы электроники управляющей включением электромагнитной муфты можно опустить.

При включении принудительного полного привода происходит подача напряжения на катушку электромагнитной муфты (6). Якорь (3) электромагнитной муфты притягивается к катушке и смещаясь по шлицам обоймы кулачковой муфты (2) входит в зацепление с корпусом муфты образуя жёсткую кинематическую связь обоймы (2) с входным валом. Вторая обойма (1) кулачковой муфты постоянно зацеплена с выходным валом посредством шлицов.

Пока вращение входного и выходного валов синхронно (езда по твёрдому покрытию с хорошим сцеплением) ничего не происходит. Но как только возникает пробуксовка передней оси, входной вал смещается вперёд относительно выходного. Это приводит к смещению шарика (5) кулачковой муфты в бороздках. А так как бороздки имеют переменную глубину (скосы) шарик начинает давить на обоймы обгонной муфты. Обойма (2) упирается в корпус. Обойма (1) имеющая нажимной диск начинает сжимать фрикционную муфту. Сила сжатия будет расти до того момента пока угловые скорости входного и выходного валов не выравняются. То есть конструкция муфты такова, что при её срабатывании никакой пробуксовки (больше чем это достаточно для срабатывания кулачковой муфты, т.е. считанные градусы) в муфте нет. Как только начинается пробуксовка, обоймы кулачковой муфты смещаются ещё больше и фрикционный пакет сжимается с бОльшей силой пока пробуксовка муфты не будет устранена.
Правда тут есть нюанс. На дорогих спортивных авто в конструкцию муфты вносят дополнительное усовершенствование. Между якорем (3) и корпусом муфты устанавливается ещё один «первичный» (primary) пакет фрикционов. Тогда за счёт модуляции сигнала на катушке (6) появляется возможность контролировать блокировку обоймы муфты (2) допуская её некоторое проскальзывание. Тем самым появляется возможность гибко перераспределять крутящий момент между передней и задней осью. Необходимо это для изменения поведения в повороте (баланс между избыточной и недостаточной поворачиваемостью) у машин претендующих на гордое звание раллийных или спорт-каров. К недорогим паркетникам это никоим образом не относится. Там муфта работает просто по принципу вкл/выкл. Однако, «дорогие технологии» постепенно становятся более доступными и есть основания надеяться, что вскоре можно будет заняться подобной тонкой настройкой и бюджетных авто.

Но тогда возникает закономерный вопрос: как же тогда возникает перегрев муфты? А возникает он по совокупности факторов.
1. Трение во фрикционном пакете при включении муфты хоть и минимально по времени, но всё есть. Учитывая передаваемый момент и цикличность включений-выключений муфты (на некоторых режимах езды и неправильной буксовки, о чём ниже) выделение тепла может достигать значительных величин.
2. Нагрев электромагнитной катушки. Он достаточно мал, чтобы вызвать перегрев даже будучи включённой значительное время, но всё же тоже вносит вклад.
3. Нагрев в результате проскальзывания якоря (3) по корпусу муфты. Это не является штатным функционированием, но может возникать при резком включении муфты. Например, при езде на высоких скоростях по нестабильным покрытиям в режиме 4WD AUTO. При этом время включения фрикционной муфты (то есть время проскальзывания в ней) увеличивается, а значит и увеличивается тепловыделение в ней.
Интересен так же способ, которым контроллер определяет температуру муфты. Датчиков температуры муфты на большинство указанных авто не устанавливается, тем не менее контроллер как-то определяет температуру. А определяет он её по изменению сопротивления катушки, то есть по изменению тока протекающего через неё. Сопротивление меди увеличивается с ростом температуры. Изменение составляет около 25% при увеличении температуры на 60°C. Электроника просто измеряет изменение силы тока при приложенном напряжении и высчитывает сопротивление. По изменению сопротивления можно вычислить температуру. Измерения не являются абсолютно точными (измерения калиброванным датчиком будут заведомо точнее), но более чем достаточными для выявления перегрева.
При выключении муфты обесточивается катушка (6), под действием пружинного диска якорь муфты «отлипает» от корпуса муфты. Тем самым пропадает кинематическая связь между входным валом и обоймой кулачковой муфты (2), она получает возможность свободного вращения относительно корпуса на игольчатом подшипнике (4). Шарик (5) кулачковой муфты под действием сил реакции сжатого фрикционного пакета стремится занять устойчивое положение в углублении обойм (1) и (2), а так как препятствующих ему это сделать сил нет (обойма (2) свободно вращается), он «распускает» кулачковую муфту, а та в свою очередь — фрикционный пакет. Муфта разблокирована.
Теперь ещё один нюанс. Так как механическая блокировка приводится в действие от разницы в частотах вращения хвостовиков переднего и заднего мостов учитывается не пробуксовка какого-то конкретного колеса на оси, а средняя арифметическая скорость вращения левого и правого колёс осей. То есть, например, при диагональном вывешивании при активной работе газом за счёт инерции вывешенных колёс скорости вращения входного и выходного валов муфты будут периодически выравниваться и меняться местами вызывая смещение шарика (5) кулачковой муфты и разблокировку фрикционной муфты. аналогичные процессы будут происходить и при «дрифтинге» и, само собой разумеется, при смене направления движения.
Из этого следует, что дифференциал заднего моста с блокировкой сильно облегчил бы жизнь муфте полного привода. Количество ненужных включений-выключений сильно бы сократилось.
Теперь обсудим, что будет происходить в муфте при износе её компонентов.
Кулачковая муфта — практически вечная. Ей как и подшипникам грозит только контактная усталость и выкрашивание пятна контакта шарика с канавками, но даже и с такими дефектами она будет работать ещё достаточно долго вплоть до полного разрушения, так как относительные скорости шарика и обойм ничтожно низкие.
Износ якоря (либо фрикционных дисков первичного пакета, неравномерный, либо с задирами) и его контактной поверхности на внутреннем корпусе муфты приведёт к пробуксовке обоймы кулачковой муфты (2) и неполному сжатию фрикционного пакета. Как правило сопровождается это заметными рывками в трансмиссии под большой нагрузкой. Однако такой вид износа достаточно редок (помним, что относительные скорости входного и выходного валов невысоки, а при штатной «мягкой» эксплуатации и вообще около нуля).
Износ фрикционного пакета муфты до какого-то момента компенсируется кулачковой муфтой. Просто увеличиваются ходы её обойм до блокировки муфты. Но когда предел будет достигнут кулачковая муфта превратится в подшипник. При этом будут слышны достаточно громкие щелчки всякий раз, когда шарики будут проскакивать углубления в обоймах. При этом так же возможны рывки в трансмиссии но гораздо более вялые нежели в предыдущем случае.
Подведём итог. В достоинства муфты занесём простоту конструкции, минимум движущихся частей (а те, что есть, движутся с невысокими относительными скоростями), простоту управления без применения дорогих сервоприводов, герметичность конструкции (никаких выходящих наружу тяг и валов управления), плавность включения, опция управления передаваемым на задние колёса моментом. Недостаток по сути один — отсутствие возможности постоянного жёсткого подключения полного привода.
P.S. А вот видео с конструкцией муфты полного привода ранних Дастеров:

Статья про вискомуфту — что это такое, функции, плюсы и минусы, разновидности, ремонт. В конце статьи — видео о том, как проверить и починить вискомуфту.

Содержание статьи:

• Общая информация о вискомуфте
• Принцип работы и предназначение
• Разновидности вискомуфт
• Сферы применения вискомуфты
• Минусы вискомуфты
• Как ремонтировать вискомуфту
• Видео о том, как проверить и починить вискомуфту

Любой автомобиль представляет собой сложнейшую конструкцию, состоящую из множества узлов и компонентов. Со временем они начинают стареть и перестают справляться с базовыми задачами, что заставляет владельцев транспортных средств отправлять машину на ремонт.

В качестве примера можно взять вискомуфту вентилятора, которая предназначается для избирательной передачи и напрямую воздействует на крутящий момент. И чтобы предотвратить возможное повреждение узла, а также знать, какие действия предпринять при непредвиденной поломке, нужно тщательно изучить принцип работы вискомуфты, ее конструкционные особенности и ряд других моментов.

Общая информация о вискомуфте

Одним из наиболее важных узлов автомобиля является вращающаяся вискомуфта, внутри которой расположены чередующие перфорированные пластины с вязкой жидкостью. В продаже имеется масса типов таких конструкций с различными рабочими свойствами и особенностями, но общий принцип их работы остается аналогичным.

От гидромуфты и гидротрансформатора такая деталь отличается специфическим принципом действия. В первую очередь, здесь задействован другой способ передачи крутящего момента, который основывается на воздействии специальной вязкой жидкости, расположенной во внутреннем пространстве конструкции.

Первые упоминания о вискомуфте появились в 1917 году, но в те времена она не сумела обрести широкое распространение, т.к. не имела многих нынешних преимуществ. Только в 1964 изделие существенно усовершенствовали и стали поставлять в массовую продажу. В 60-х годах прошлого века эти изобретения начали появляться в межколесных дифференциалах на полноприводных легковых машинах.

Принцип работы и предназначение

Чтобы разобраться с принципом работы вискомуфты, необходимо тщательно ознакомиться с ее конструкцией. Все ее детали закреплены в одном герметичном корпусе, который содержит два ряда дисков, соединенных посредством ведомого и ведущего вала. Каждый ряд оснащен отверстиями и выступами с небольшим расстоянием друг от друга. Внутри вискомуфты протекает жидкость с повышенной вязкостью, состоящая из силиконовых добавок. Ее характеризует особый состав, позволяющий эффективно обслуживать приводную систему и обеспечивать требуемый крутящий момент.

Одним из уникальных свойств жидкости является увеличение вязкости при возрастании интенсивности перемешивания. Подобное значение может расти при нагреве системы. Если машина передвигается со стабильной скоростью, диски вращаются равномерным образом, при этом масляная основа между ними не смешивается. Но если между движением валов замечается какая-либо разница, это заметно сказывается на интенсивности вращения рабочих элементов. По мере роста вязкости, силикон начинает воздействовать на крутящий момент. В конечном итоге он приобретет другое состояние и практически станет твердым.

Разновидности вискомуфт

На рынке автомобильных запчастей можно встретить две основные разновидности вискомуфт:

1. Первый тип отличается постоянным объемом дилетантной жидкости.
2. Второй тип имеет разный объем силикона, который меняется в зависимости от внешнего воздействия.

Вискомуфты первого типа задействуются для самоблокирующихся дифференциалов в коробке передач, включая автоматические полноприводные системы. Их применяют во внутренних охладительных системах.

Если деталь работает в обычном режиме со средними нагрузками, а автомобиль перемещается по качественному дорожному покрытию, значения угловых скоростей двух осей остаются одинаковыми. Вращение дисков муфты осуществляется практически равномерно, а крутящий момент от двигателя к ведомой оси передается с минимальной нагрузкой. В результате транспортное средство может работать как на полном приводе, так и на заднем.

Но если машина попадает на пересеченную местность или едет по льду и грязи, равномерность вращения серьезно снижается, а вязкость силикона существенно растет. Таким образом происходит увеличение передачи крутящего момента на вторую ось. В некоторых случаях показатель передачи мощности достигает 100-процентного уровня.

При этом вязкостная муфта не может заменить полноценный дифференциал, который перераспределяет крутящий момент силовой установка на обе оси. Применять такую конструкцию целесообразно на неровных покрытиях и пересеченной местности. Также она будет оправдана при езде:

• по гололеду;
• городским улицам;
• влажной трассе.

Если езда осуществляется по полному бездорожью, муфта должна срабатывать моментально. в противном случае система передачи крутящего момента выйдет из строя, что повлечет за собой необходимость проведения дорогого и сложного ремонта.

В большинстве современных машин с «автоматом» вискомуфты работают в так называемом «предстартовом режиме». Он характеризуется равномерной передачей 5-15% мощности мотора на ведомую ось, что негативно сказывается на времени реакции узла.

Сферы применения вискомуфты

Раньше существовало две сферы применения вискомуфт, но сегодня их число сократилось до одной. В недалеком прошлом подобный механизм предназначался для комплексного охлаждения двигателя, что возможно при закреплении на штоке специальной вискомуфты с вентиляционным прибором. Ее движение обуславливается коленчатым валом автомобиля, к которому проложен ремень. В зависимости от скорости вращения двигателя жидкость обретает разную густоту и получает жесткую связь с вентилятором.

При снижении оборотов сильного смешения не происходило, т.е. если присутствовали проскальзывания, процесс охлаждения системы был недостаточно хорошим. Применять изделие в качестве полноценного элемента охладительной системы целесообразно только в холодную зимнюю пору, когда мотор не сильно прогрет ему нужно обеспечить дополнительное охлаждение.

Более востребованной сферой применения является обеспечение автоматического подключения полноприводной системы. В такой сфере вискомуфты крайне актуальны, ведь большинство внедорожников, кроссоверов и паркетников оборудованы такими узлами. Даже стремительный рост популярности продвинутых электромеханических вариантов не портит большую популярность вискомуфт.

Изделие пользуется большим спросом из-за следующих преимуществ:

• доступная цена;
• практичное применение;
• универсальность.

Однако кроме плюсов у вискомуфт имеются и недостатки.

Минусы вискомуфты

Одним из наиболее существенных минусов вискомуфты является ее «одноразовость». В большинстве случаев деталь не подлежит ремонту, да и сами ремонтные работы требуют больших усилий и финансовых вложений, поэтому автомобилисты рассматривают вариант покупки новой детали.

Кроме того, нельзя выполнять подключение привода вручную, а его эффективность довольно низка. Максимальный крутящий момент передается лишь при сильном торможении.

Большинство моделей вискомуфт обладают небольшими размерами, поэтому при расположении в нижней части системы появляется ограничение передачи крутящего момента на заднюю ось.

Такое приспособление не способно работать в течение долгого времени и выдерживать внушительные нагрузки. В противном случае оно быстро деформируется и станет непригодным для дальнейшего использования. Продолжительная езда по бездорожью, грязи или льду приведет к тому, что вискомуфта выйдет из строя и будет нуждаться в замене.

Как ремонтировать вискомуфту

Если двигатель начинает перегреваться и сильно шуметь при работе на высоких оборотах, не нужно спешить заменять вискомуфту. Если правильно подойти к такой проблеме, ее можно устранить малыми силами. Зачастую поломка происходит при утечке масла из основания конструкции, что требует повторного залития силикона. Для решения проблемы нужно осторожно изъять деталь с насоса, а после выполнить ее разборку. На круглом диске элемента должна присутствовать пластина с пружиной, под которой расположено отверстие для масляной основы.

Чтобы предотвратить поломку изделия, необходимо соблюдать осторожность при демонтаже штифта. Затем следует приступить к добавлению смазки, для чего лучше задействовать шприц. Важно отметить, что при выполнении такой задачи вискомуфту лучше размещать горизонтально. С помощью шприца можно взять 15-20 мл жидкости, и медленно поместить ее во внутрь.

Через несколько минут силикон должен плотно проникнуть в вискомуфту и обрести достаточно твердое состояние. В конечном итоге нужно провести очистку поверхности конструкции от излишка силикона и выполнить повторный монтаж детали.

Еще одной распространенной причиной повреждения вискомуфты считается деформация подшипников. Первым симптомом подобной неисправности является интенсивный шум. Для ремонта изделия его нужно демонтировать, открутив три фиксирующие болта. В таком случае конструкция легко отсоединится из отсека двигателя. После изъятия муфты и слития силикона можно начинать процедуру замены подшипников.

Особых сложностей в решении такой задачи нет, но чтобы упростить задачу, рекомендуется воспользоваться специальным съемником. Такой инструмент имеется в каждом гараже. При использовании подручных средств можно вовсе повредить узел и доставить себе дополнительные хлопоты в виде недешевого ремонта. Завершив установку нового подшипника, остается повторно собрать деталь и запустить двигатель.

Также при выполнении ремонта нельзя забыть о заливе нового силикона, которая сливалась перед ремонтом. Если муфта «ведет себя неправильно», не нужно спешить покупать новое изделие, ведь, возможно, проблема кроется в незначительной поломке, которая быстро решается своими руками. И для этого не обязательно обладать особыми навыками и умениями.

Единственной проблемой при ремонте бывает сложность поиска инструмента для изъятия старого подшипника. Если его нет в гараже, можно одолжить у друзей или приобрести в автомастерской. Остальные детали и расходные элементы доступны во всех автомобильных магазинах.

Также важно избегать применения грубой физической силы, ведь диск муфты характеризуется уязвимостью к интенсивным воздействиям и может выйти из строя при малейшей нагрузке. В таком случае последствия будут необратимыми и придется полностью менять устройство.

Заключение

В основном, понять принцип работы вискомуфты несложно даже начинающему автомобилисту. То же самое касается ремонтных работ и обслуживания детали, которые не требуют специфических навыков или профессионального опыта. Достаточно следовать простой инструкции и учитывать рекомендации специалистов.

Видео о том, как проверить и починить вискомуфту:

Сейчас очень большое количество так называемых кроссоверов имеют не совсем честный полный привод. Он не постоянный, да еще и подключаемый на очень короткое время (хочется отметить подключаемый автоматически) – хорошо это или плохо мы обязательно поговорим в другой статье, сегодня же я хочу поговорить про «автоматическое подключение» при помощи «вискомуфты» — а что это такое вы знаете? Ведь этот агрегат сейчас очень сильно востребован, но к сожалению многие просто не представляют принцип его работы, хотя это название у всех на слуху. Что же как обычно я разобрался в теме и постараюсь вам подробно рассказать что это такое и как собственно все работает, будет и подробное видео в конце, так что читаем – смотрим …

СОДЕРЖАНИЕ СТАТЬИ

Справедливости ради хочется заметить, что вискомуфты применяются не только в системах полного привода, но также и в системах охлаждения автомобилей и не только. Для начала как обычно определение.

Вискомуфта (или вязкостная муфта) – это автоматическое устройство для передачи крутящего момента по средствам вязкостных свойств специальных жидкостей.

Если сказать проще, то крутящий момент передается путем изменения вязкости специальной жидкости в корпусе вязкостной муфты.

Про жидкость внутри

В самом начале мне хочется рассказать про жидкость, которая находится внутри вязкостной муфты, что это такое и какими свойствами она обладает.

Для начала хочется сказать, что внутрь заливают – дилатантную жидкость, которая основана на силиконе. Ее свойства очень интересны, если ее сильно не нагревать и не перемешивать, она остается жидкой. НО стоит ее сильно смешать и немного нагреть, она сгущается и очень сильно расширяется, становится больше похожей на застывший клей. После того как смешивание опять становится не существенным, она опять приобретает свое первоначальное агрегатное состояние, то есть становится жидкой.

Стоит отметить, что жидкость залита на весь срок службы этого узла и не подвержена замене.

Устройство и принцип работы

Если хотите, то это очень похоже на гидротрансформатор автоматической трансмиссии, где крутящий момент передается при помощи давления масла. Здесь тоже передача крутящего момента происходит за счет жидкости, однако есть глобальные отличия в принципе работы.

Основных устройств вискомуфт всего два:

• Есть замкнутый герметичный корпус, в котором друг напротив друга вращаются два турбинных колеса с крыльчатками (бывает и больше), одно установлено на ведущем валу, другое на ведомом. Конечно же они вращаются в нашей дилатантной жидкости. Пока валы вращаются синхронно, то перемешивание жидкости практически не происходит. НО стоит одной оси встать, а другой очень быстро вращаться (пробуксовывание колес), то жидкость внутри начинает очень быстро перемешиваться и нагреваться, а значит сгущаться. Таким образом, первая ведущая крыльчатка, зацепляется с ведомой и начинает передаваться крутящий момент на вторую ось. После того как автомобиль справился с бездорожьем, перемешивание прекращается и задняя ось автоматически отключается.

• Вторая конструкция также имеет замкнутый корпус. Только на ведущем и ведомом валах находятся несколько групп плоских дисков. Часть на ведомом, часть на ведущем. Они также вращаются в специальной жидкости. Пока вращение происходит равномерно смешение жидкости минимально и она жидкая, но после того как одна ось встает, вторая начинает буксовать, смешивание огромное! Она не только густеет, но и расширяется. Тем самым – очень сильно прижимая диски друг к другу. В итоге, передача крутящего момента — начинает вращаться и вторая ось.

Вискомуфта достаточно простое и эффективное механическое устройство, при должном использовании может ходить без каких либо проблем очень долго.

Где применяют вискомуфты?

Собственно основных применений всего два, однако сейчас остается всего одно:

• Применялись для охлаждения двигателя. НА шток закреплялась вискомуфта с вентилятором. Она приводилась в движение от коленчатого вала автомобиля посредствам ременной передачи. Чем быстрее вращался двигатель, тем больше густела жидкость и связь с вентилятором становилась жестче. Если обороты падали, то не происходило такого сильного смешивания, значит были проскальзывания то есть вентилятор вращался, не так сильно охлаждал радиатор. Такая система эффективна для холодного (зимнего) периода, когда двигатель итак не сильно прогревается, а его еще и охлаждают. Сейчас применение таких систем на новых автомобилях уже и не встретить, ее заменили электронные вентиляторы (с датчиками в жидкости), которые питаются от электричества и никак не связаны с коленчатым валом двигателя.

• Автоматическое подключение полного привода. Именно в этом направлении вискомуфты остались очень сильно востребованными. Практически на 70 – 80% кроссоверах или паркетниках, сейчас применяются такие системы. Правда, их постепенно начинают вытеснять полностью электромеханические варианты, но пока они дороже и не такие практичные.

С одной стороны вискомуфта это очень простое, дешевое, практичное и универсальное механическое устройство, с другой у нее достаточно много минусов.

Плюсы и минусы вискомуфты

Для начала предлагаю поговорить о преимуществах этого узла:

• Простая конструкция. Действительно конструкция очень банальна, ничего сверх сложного в ней нет.
• Дешевая. Из-за своей простоты стоит совсем не дорого
• Прочная. Корпус вискомуфты может выдержать давление в 15 – 20 атмосфер, все зависит от конструкции. Если изначально не было никаких поломок, то это означает, что она может проходить очень и очень долго.
• Практичная. ПРИ ДОЛЖНОМ ИСПОЛЬЗОВАНИИ. Устанавливается на весь срок службы автомобиля, не требует к себе никакого внимания.
• НА грунтовой дороге или асфальте, также может работать. Если вы скажем резко «стартанули» с места или идет пробуксовка на льду или пыли. То задний мост автоматом подключиться. Это дает преимущества по управляемости даже в городе.

Не смотря на плюсы конструкции, стоит отметить, о ее недостатках, ведь их также много.

• Ремонтопригодность. Как правило, не ремонтируется, то есть одноразовая, отремонтировать не выгодно и простому обывателю очень сложно. Практически всегда меняют на новую.
• Подключаемость. Нет линейной зависимости подключения полного привода, угадать когда затормозятся диски внутри, практически не возможно! Поэтому нет контроля за полным приводом.
• Нельзя подключить привод вручную самому.
• Низкая эффективность полного привода. Передача максимального крутящего момента будет только тогда, когда передние колеса будут очень сильно буксовать.
• Большие вискомуфты не используются. Потому как для нее нужен большой корпус, а так как она висит снизу, это реально сильно снижает клиренс автомобиля. Использование малых корпусов, то есть малых вискомуфт ведет к ограниченной передачи крутящего момента на заднюю ось, потому как там меньше дисков и малый объем специальной жидкости
• Долго работать вискомуфта не может. Это крайне нежелательно! Она не рассчитана на длительные нагрузки, иначе банально выйдет из строя, ее полностью заклинит. ТО есть нам это говорит, что соваться на серьезное бездорожье нельзя! Использовать можно скорее для заснеженных дворов и небольшой грязи на даче, вот и все.

Сейчас небольшое видео, смотрим.

НА этом заканчиваю, думаю моя статья была вам полезна и теперь вы знаете что это такое, читайте мой АВТОБЛОГ, подписывайтесь на канал.

(14 голосов, средний: 4,71 из 5)

Вискомуфта вентилятора охлаждения — ремонт, замена и принцип работы

Вискомуфта – это изобретение, смысл которого заключается в передаче вращающего момента посредством специальной жидкой муфты. В этой статье пойдет речь о том, что такое вискомуфта вентилятора охлаждения, ее принцип действия ремонт и замена.

Принцип работы вискомуфты

Вискомуфта представляет собой небольшое передающее устройство, которое выполнено в виде круглой камеры, заполненной специальной жидкостью на силиконовой основе. Внутри камеры располагаются два диска, к которым присоединяются валы. Смысл вискомуфты будет выглядеть следующим образом. При вращении коленчатого вала на вал первого диска передается вращающий момент, который заставляет диск внутри камеры вращаться. При увеличении нагрузки на диск, его скорость вращения возрастает и увеличивает вязкость силикона внутри камеры, таким образом, муфта блокируется и заставляет вращаться другой диск, к концу которого прикручен вал вентилятора охлаждения двигателя.

 

Другой (основной) вариант работы вискомуфты основан на температурных свойствах специальной жидкости. Данный принцип действия подразумевает запуск вентилятора охлаждения при изменении температуры двигателя. Таким образом, вязкость силиконовой жидкости будет меняться в зависимости от температуры двигателя. Если она возрастает, вязкость повышается и вентилятор срабатывает. При снижении температуры, вентилятор перестает вращаться, так как вязкость жидкости заметно снизилась.

Применение вискомуфты в вентиляторе охлаждения объясняется ее высокой надежностью срабатывания и безопасностью. Прежде всего, это связано с обслуживанием многих частей мотора при запущенном состоянии. Если рука мастера случайно попадет в крыльчатку вентилятора, то он остановится.

Видео — Как должна работать вискомуфта на «холодной» машине

Ремонт и замена вискомуфты вентилятора охлаждения

На самом деле ремонт вискомуфты заключается только в замене подшипников. Если при срабатывании вентилятора появляется характерный гул или любой подобный звук, то подшипник нуждается в замене. Первым делом, необходимо снять вентилятор с приводного механизма. Чаще всего, приводов подобного вентилятора охлаждения является помпа, так как она имеет более близкий контакт с охлаждающей жидкостью, а соответственно удачнее передаст температуру ОЖ на вискомуфту.

Открутите три болта крепления вентилятора к помпе. После этого, вентилятор вытаскивается сверху и разбирается. Жидкость сливается и в дальнейшем будет заменена на новую. Установка подшипника и его запрессовка выполняется при помощи специального съемника или пресса. Использовать ударные инструменты, при этом, категорически запрещено. После замены подшипника, заливается новая силиконовая жидкость, и вентилятор собирают в обратной последовательности.

 

Замена же вискомуфты выполняется намного проще, что и является отличной и не очень дорогой альтернативой ремонту поврежденного механизма. Замена наступает в случаях, когда жидкость теряет свои свойства и вентилятор не срабатывает или когда она начинает подтекать, что указывает на плохую герметичность всего узла. Чтобы поменять муфту, необходимо открутить весь ее узел целиком от крыльчатки и установить на ее место новый. Таким образом, выполняется замена вискомуфты вентилятора охлаждения двигателя автомобиля.

Как видите это не сложная процедура и выполняется собственными силами при минимуме затрат нервов и денег. Поэтому, проблемы с вискомуфтой можно решить самостоятельно без помощи сотрудников сферы обслуживания и ремонта автомобилей. 

Вискомуфта. Что это такое, принцип работы, плюсы и минусы – Станция – СТО

Если представить принцип работы вискомуфты то – это автоматическое устройство для передачи крутящего момента посредственно вязкостных свойств специальных жидкостей. Такой специальной жидкостью выступает: дилатантная жидкость (основана на силиконе).

При ее нагревании и особенно смешивании, если вы начнете ее очень быстро перемешивать то эта жидкость становится твердой как клей, так она жидкая если вы ее не сильно перемешиваете, но если начнет быстрое смешивание она очень быстро затвердеет и блокирует наши два вала: ведущий и ведомый. На этих свойствах и сделана Вискомуфта.

Всего сейчас на данный промежуток времени существует два вида вискомуфт:

Устаревшая ( она практически уже не применяется). Когда ведущие и ведомые валы находятся друг против друга закрыты они в непроницаемый корпус и на ведущем валу у нас находится крыльчатка на ведомом валу такая же крыльчатка и они залиты нашей жидкостью.
Когда один вал начинает вращаться намного быстрее то перемешивается внутри вся жидкость и ведущий и ведомые валы они как бы блокируются и передается крутящий момент от одной оси к другой.

Есть одна крыльчатка и вторая, каждая прикреплена к своему валу ведущему и ведомому, внутри находится специальная жидкость . Когда автомобиль движется нормально то вращение ведущему и ведомому валу совпадают, и жидкость остается жидкой.

Но после того как автомобиль попадает на бездорожье задняя ось стает а передняя ось проскальзывает, соответственно жидкость перемешивается и затвердевает и начинает передавать крутящий момент задней оси.

На данный момент такая конструкция в проводах не используется так как она не очень хорошая, а а используется другая вискомуфта, когда на ведомом валу и ведущих валах используются специальные пластины наподобие как автоматической коробке передач.

Есть ведущий и ведомый вал с прикрепленными к ним дисками, когда автомобиль начинает буксовать то крутящий момент изначально не передается задней оси, он передается только на переднюю ось, но идет перемешивание жидкости и она начинает твердеть и крутящий момент начинает передаваться так же и на заднюю ось, как бы подключается постоянный полный привод.

Как работают вязкостные дифференциалы повышенного трения

Прежде чем понимать, как работают вязкие дифференциалы повышенного трения, необходимо знать немного терминологии (см. Иллюстрацию ниже). Как правило, у многих терминов есть альтернативные названия; Я просто выбрал общеупотребительные и простые для понимания термины.

Шестерня

Шестерня вращает коронную шестерню и соединена (прямо или косвенно) с выходом трансмиссии, таким образом, она передает крутящий момент на дифференциал.

Зубчатый венец

Зубчатый венец зацепляется с шестерней, таким образом, она вращает корпус дифференциала. Он концентричен выходным валам и ведущим шестерням.

Вискомуфта

Вискомуфта очень похожа на многодисковую муфту, где есть чередующиеся фрикционные диски и диски, которые могут вращаться отдельно. Фрикционные диски будут иметь шлицы на одном из выходных валов (или на обоих, как показано ниже, хотя это чаще встречается для одиночной муфты).Пластины между фрикционными дисками будут вращаться вместе с корпусом дифференциала, поэтому два компонента могут вращаться отдельно. Эта муфта находится в вязкой жидкости (масле), отсюда и произошло название.

Боковая / ведущая шестерня

Эти шестерни находятся на концах приводных валов (показаны синим цветом ниже) и являются тем, с чем зацепляются крестовины, тем самым передавая крутящий момент от вращения дифференциала на ведомые колеса.

Приводной / полуосевой вал

Они соединяются с ведущими шестернями и являются выходными валами дифференциала, передавая крутящий момент на ведомые колеса.

Шестерня паука

Крестовины (показаны зеленым цветом ниже) зацепляются с ведущими шестернями, однако они вращаются вместе с корпусом дифференциала. Они установлены на подшипниках вокруг вала-шестерни, что позволяет им свободно вращаться вокруг оси вала-шестерни.

Вал шестерни

Вал-шестерня (разделенный на два отдельных вала ниже) — это то, что удерживает крестовины на месте. Этот вал соединен с корпусом дифференциала, поэтому крестовины вращаются вместе с корпусом.

Корпус / корпус дифференциала

Корпус удерживает внутри муфту, ведущие шестерни моста, ведущую шестерню и крестовины. Он вращается вместе с зубчатым венцом.

Чтобы понять, как это работает, сначала давайте посмотрим на порядок передачи крутящего момента.

1. Крутящий момент передается на выходной вал трансмиссии, где он затем передается от шестерни на коронную шестерню.
2. Кольцевая шестерня вращает корпус дифференциала, передавая крутящий момент через вал шестерни.
3. Вал ведущей шестерни вращает крестовины, передавая крутящий момент от вала ведущей шестерни на ведущие шестерни.
4. Крутящий момент передается от ведущих шестерен через полуоси на ведомые колеса.

Вискомуфта и принцип ее действия. Проще всего понять это, посмотрев на сценарий, когда одно из ведущих колес имеет ограниченное сцепление (представим, что оно на льду), в то время как другое ведомое колесо имеет хорошее сцепление (на асфальте). При открытом дифференциале крутящий момент равномерно распределяется между двумя колесами (50/50). Поскольку колесо на льду не может обеспечить большой крутящий момент, другое колесо также будет иметь ограниченный крутящий момент, и часто транспортное средство не сможет разогнаться (вот почему заблокированные дифференциалы так распространены для внедорожников).С LSD вы можете передавать больший крутящий момент на колесо с большим тяговым усилием.

Вот как это работает:

1. Когда одно ведомое колесо находится на льду (допустим, правое колесо), а другое — на асфальте, колесо на льду начинает проскальзывать (вращаться), когда вы нажимаете на педаль газа.
2. Поскольку колесо на асфальте имеет большее сцепление с дорогой, оно не вращается.
3. Когда колесо на льду начинает вращаться, корпус дифференциала (и, следовательно, пластины вязкостной муфты) начинают вращаться, в то время как фрикционные диски, соединенные с левым выходным валом, остаются неподвижными (или с меньшей скоростью вращение).
4. Когда это происходит, жидкость внутри муфты начинает нагреваться и вращаться вместе с корпусом дифференциала. Трение между этой жидкостью и неподвижными / медленно движущимися фрикционными дисками заставляет фрикционные диски вращаться с большей скоростью.
5. При приближении скорости вращения левого выходного вала к правому выходному валу дифференциал действует больше как заблокированный дифференциал, и, таким образом, больший крутящий момент будет передаваться на колесо с большим тяговым усилием.
6. Это полезно в любом сценарии, когда начинает происходить проскальзывание шины, уменьшая, таким образом, общий крутящий момент, который может быть передан на землю.

Вот четырехминутное видео о том, как они работают:

Аппарат с вискомуфтой для системы полного привода по требованию (Патент)

Истман Р. Э. и Варма С. К. Устройство с вискомуфтой для системы полного привода по требованию .США: Н. П., 1987. Интернет.

Истман Р. Э. и Варма С. К. Устройство с вискомуфтой для системы полного привода по требованию . Соединенные Штаты.

Истман Р. Э. и Варма С. К. Вт. «Аппарат вискомуфты для системы полного привода по требованию».Соединенные Штаты.

@article {osti_6879307,
title = {Аппарат вискомуфты для системы полного привода по запросу},
author = {Истман, Р. Э. и Варма, С. К.},
abstractNote = {Устройство сцепления заднего моста с вязкой жидкостью описано для транспортного средства с передним приводом двигателя, имеющего переднюю и заднюю пары опорных колес. Транспортное средство имеет переднюю коробку передач с главной передачей в сборе, включая дифференциальные средства, соединенные с приводом с передней парой колес; и идущий в продольном направлении карданный вал, передний конец которого соединен с возможностью привода с дифференциалом трансмиссии.Карданный вал имеет средство передачи мощности под прямым углом, расположенное рядом с его задним концом, приспособленное для приема крутящего момента двигателя от переднего дифференциала, средство передачи мощности под прямым углом содержит частично коронную шестерню, жестко прикрепленную к устройству вискомуфты. Описанное здесь усовершенствование состоит в том, что устройство содержит кожух вязкой муфты, имеющий пару правых и левых внешних торцевых крышек, закрывающих концы цилиндрического внешнего барабана, образующего герметичную камеру для вязкой жидкости, причем одна из крышек съемно прикреплена к коронной шестерне. .Средство передачи мощности выполнено с возможностью преобразования вращения карданного вала во вращение внешнего барабана вокруг поперечной оси, совпадающей со средством задней оси, причем внешний барабан концентрически окружает пару соосных правого и левого внутренних барабанов. Правый и левый внутренние барабаны жестко соединены с соответствующими коаксиальными правым и левым поперечными выходными валами, так что внутренние барабаны вращаются относительно друг друга и внешнего барабана.},
doi = {},
url = {https: // www.osti.gov/biblio/6879307}, journal = {},
number =,
объем =,
place = {United States},
год = {1987},
месяц = ​​{3}
}

Технические тайны разгаданы

Центр вязкой муфты LSD обычно используется во многих простых системах полного привода. Одним из самых ранних примеров был Система Volkswagen Syncro.

Внутри вязкостной муфты, как показано на картинке справа есть много круглых пластин, которые позиционируют очень близко друг к другу. Оба приводных вала соединяются примерно с половиной пластины в чередующейся последовательности, как показано. Герметичный корпус дифференциала полностью содержать жидкость с высокой вязкостью, которая имеет сильную тенденцию к «вязко» эти пластины вместе.

В нормальном состоянии, передние и задние оси работают примерно с одинаковой скоростью, поэтому пластины и вязкая жидкость относительно стабильны друг к другу.Когда проскальзывает шина на одной из осей, это означает, что чередующиеся пластины работают с разной скоростью, вязкая жидкость будет попробуйте связать их вместе. В результате крутящий момент передается от более быстрого карданный вал через жидкость к более медленному карданному валу. Чем больше скорость разница, тем больше передача крутящего момента. В результате функция ограниченного скольжения реализовано.

Обратите внимание, что LSD с вязкостной муфтой — это устройство для измерения скорости: при отсутствии проскальзывания крутящий момент будет отправлен на другую ось.Каждый раз, когда происходит скольжение, теоретически до 100% крутящий момент может передаваться на любую ось, в зависимости от разницы в тяговом усилии. между передней и задней осью. Таким образом, это неполный рабочий день. 4WD .

Поскольку он работает неполный рабочий день, он не иметь нейтральное рулевое управление постоянного полного привода. Для автомобилей на базе заднеприводные модели, такие как Porsche 911 Carrera 4, это не настоящая проблема — так как обычно автомобиль движется как заднеприводный, он способен доставить желательная избыточная поворачиваемость дроссельной заслонки.Однако для других переднеприводных автомобили, такие как VW Golf Syncro и Volvo 850 AWD, неполный 4WD ничего не может исправить их недостаточную поворачиваемость. Это первая недостаток.

Следующая проблема — задержка прежде, чем 4WD войдет в силу. Поскольку вязкая жидкость не является фиксированной средой (в отличие от шестеренки), чтобы быть эффективными, нужно время и разница в скорости. В функция между разностью скоростей и передачей крутящего момента является экспоненциальной функция — это означает, что на ранней стадии проскальзывания передача крутящего момента остается близкой к нуль.

Чтобы вылечить эту проблему, большинство производитель изменяет передаточное число главной передачи таким образом, чтобы разница даже в нормальном состоянии. В результате автомобиль фактически работает с Распределение крутящего момента 95: 5 между передней и задней частью. Это сократит время задержки. Однако по-прежнему невозможно сравниться с чисто механическим Торсеном. ЛСД.

Может быть менее эффективным, чем Система Torsen, но она, безусловно, самая дешевая, поэтому мы можем найти ее во многих серийное производство полноприводных автомобилей.

Преимущество:	Дешево и компактный
Недостаток:	Только неполный 4WD. Нормально по ощущениям как 2WD.
Используется?	VW Syncro, Ламборджини Diablo VT, Porsche 993/996 Carrera 4 и Turbo, Volvo 850 AWD и т. д.

Войти — Платформа автомобильной информации MarkLines

Данные о продажах автомобилей	Отфильтруйте данные поиска по стране, OEM, модели.Доступны загрузки в формате Excel.
Данные о производстве автомобилей	Отфильтруйте данные поиска по стране, OEM, модели. Доступны загрузки в формате Excel.
График выпуска моделей	Планы моделей для основных международных производителей оборудования на ближайшие 5 лет
CASE (автономный / электрический)	Целью публикации является обновление данных для каждого полного изменения модели и вспомогательной модели изменение для 500 основных моделей HV, PHV, EV и FCV.
Отчеты по рынку и технологиям	Сфокусированные отчеты об OEM-производителях, регионах, тенденциях, выставках и автосалонах и т. Д. OEM-производители по всему миру. Отфильтруйте данные по OEM, странам и используйте функцию карты для отслеживания заводов OEM.
Информация о доле на рынке и цепочке поставок для отдельных деталей	Поиск данных по более чем 300 категориям деталей о том, кто поставляет детали для той или иной модели. Доля рынка для отдельных деталей
База данных поставщиков	・ Поиск данных в базе данных, содержащей более 50 000 поставщиков. ・ Фильтрация поставщиков по категориям деталей, региону. Отслеживайте местоположение поставщика с помощью функции карты.
400 ведущих поставщиков	・ Подробные отчеты по основным поставщикам первого уровня. Эксклюзивное освещение основных автомобильных выставок с фотографиями экспонатов и подробностями о продуктах
Правила	・ Экологические нормы основных стран (выбросы, нормы CO2) ・ Ежемесячные обновления FMVSS 、 UN / ECE
Global News	Новости автомобильной отрасли с основных рынков (основное внимание уделяется OEM-производителям, поставщикам, региональной автомобильной политике, нормативным актам и т. Д.)
Поиск поставщиков	・ Поиск поставщиков из базы данных, включая поставщиков механической обработки, поставщиков сырья, поставщиков системных решений (поставщиков CAD / CAM) и т. д., аутсорсинговые поставщики для разработки дизайна

ПОСТАВЩИК НАВИГАЕТ БОЛЬШЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВЯЗКИХ МУФТ

ДЕТРОЙТ — GKN Automotive Inc.пытается занять более выгодное положение на автомобильном рынке США, рекламируя использование вязкостных муфт в качестве дифференциала повышенного трения в автомобилях с передним и задним приводом.

До сих пор муфты использовались в основном в центральных дифференциалах полноприводных автомобилей грузовиков и высокопроизводительных транспортных средств для разделения крутящего момента между передними и задними колесами. Муфта снижает трение в трансмиссии и улучшает управляемость на сухой дороге.

Вязкостные муфты используются в таких транспортных средствах, как Porsche Carrera 4, Lamborghini Diablo VT, Range Rover и полноприводные версии Mitsubishi 3000 GT / Dodge Stealth и Mitsubishi Eclipse / Eagle Talon.

В 1996 году Jeep Grand Cherokee получает вязкостную муфту, заменяющую механическое устройство блокировки межосевого дифференциала системы полного привода Quadra-Trac. Вязкостная муфта также станет ключевым элементом системы полного привода новых минивэнов Chrysler Corp.

GKN поставляет муфты для минивэнов Chevrolet Astro / GMC Safari и Chevrolet Blazer / GMC Jimmy, а также для спортивного оборудования Oldsmobile Bravada 1996 года выпуска. Муфта GKN также появится в раздаточной коробке полноприводных версий Ford Explorer V-8, когда он отправится в путь весной.

Но использование вязкостной муфты в качестве дифференциала повышенного трения в переднеприводных автомобилях может улучшить тягу и управляемость, сказал Генрих Хухткоттер, руководитель отдела научно-исследовательского центра GKN в Германии. Он написал технический документ SAE о влиянии вязкостных муфт на управление передними автомобилями, который был представлен на Конгрессе и выставке SAE 1994 года.

Вязкостные муфты широко используются в Японии, где они рассматриваются как предохранительное устройство, — отметил Джон Барлаге, руководитель проекта GKN.В Европе муфты продаются из-за их влияния на ходовые качества и управляемость автомобиля, сказал Рольф Штайнхофф, руководитель проекта подразделения Viscodrive компании GKN. Но рынок США больше ориентирован на тягу, сказал он, и, следовательно, больше внимания уделяется устройствам контроля тяги.

GKN планирует рекламировать применение муфты в качестве дифференциала повышенного трения как экономичной, надежной системы тяги и безопасности.

Компания уже поставляет компоненты трансмиссии, такие как полуоси и шарниры равных угловых скоростей, многим мировым автопроизводителям и поставщикам Tier 1.Ford Motor Co. — ее крупнейший заказчик во всем мире.

В прошлом году объем мировых продаж компании составил 4,8 миллиарда долларов, однако она не вошла в список 150 ведущих OEM-поставщиков Северной Америки в рейтинге Automotive News.

В этом и заключается проблема. «Хотя вязкостная муфта может быть добавлена ​​в качестве внешнего элемента к некоторым передним транспортным средствам, она часто лучше всего работает как встроенный компонент», — сказал Дэн Делани, директор бизнес-подразделения GKN Automotive.

«Но это область, которую автопроизводители оставили для себя, поэтому наша задача — убедить инженеров и проектировщиков в том, что мы просто необходимы», — сказал он.

Границы | Выбор материалов, используемых в вязкостной муфте с жидкостью ER, работающей в особых условиях

Введение

Наиболее важными факторами, которые в последнее время способствовали улучшению результатов механических устройств и которые повысили надежность устройств, являются внедрение новых материалов и интеграция с цифровой электроникой. В вязкостных сцеплениях и тормозах оба этих фактора сочетаются за счет использования новых строительных материалов и гидравлических рабочих жидкостей нового типа, т.е.е., интеллектуальные жидкости, которые реагируют на физическое поле, изменяя свои реологические свойства.

Используются два типа интеллектуальных жидкостей: электрореологические жидкости (ER) и магнитореологические жидкости (MR), активируемые, соответственно, электрическим или магнитным полем. Жидкости ER и MR делятся на две группы в зависимости от их состава: однофазные и двухфазные. Однофазные жидкости однородны, а двухфазные жидкости состоят из двух фаз: твердой и жидкой.

Вязкостные муфты состоят из ведущей части, соединенной с входным валом, и ведомой части, соединенной с выходным валом.Блокировка ведомой части приводит к тому, что сцепление становится тормозом. В этих муфтах крутящий момент передается в результате трения, вызванного напряжением сдвига в рабочей жидкости между ведущей частью и ведомой частью. По форме ведущей и ведомой части можно выделить два основных типа вязких муфт: цилиндрические и дисковые муфты.

Из-за необходимости создания электрического или магнитного поля в зазоре, содержащем рабочую жидкость, создание муфт и тормозов с использованием интеллектуальных жидкостей оказывается намного сложнее, чем создание муфт и тормозов с использованием обычных рабочих жидкостей.В вязких муфтах с жидкостями ER электрическое поле обычно создается между двумя электродами, один из которых расположен в ведущей части, а другой — в ведомой части муфты. В таких муфтах для передачи напряжения на электроды, соединенные с подвижной частью муфт, используются дополнительные электрические провода и скользящие кольца. Однако в вязких муфтах с жидкостью MR помимо электрических проводов и скользящих колец необходимо устанавливать сердечники и катушки электромагнита.По этим причинам вязкие муфты с жидкостями MR весят больше, и, следовательно, имеется большая инерция вращающихся частей, что неблагоприятно для управления муфтами. Сложная конструкция муфт и тормозов с интеллектуальными жидкостями заставляет выбирать материалы с надлежащими свойствами, а также выбирать методы проектирования, основанные на математическом моделировании и численных расчетах.

До сих пор для управления крутящим моментом использовалась важная функция вязких сцеплений и тормозов: зависимость крутящего момента от угловой скорости входного вала.Изменение угловой скорости позволяет контролировать передаваемый крутящий момент. Крутящий момент также можно контролировать, изменяя температуру, давление или объем рабочей жидкости внутри муфты. Для вязких сцеплений и тормозов, изготовленных из новых материалов, таких как интеллектуальные жидкости, управление достигается за счет изменения напряжения сдвига, воздействия на жидкость ER или MR с соответствующим полем с регулируемым напряжением. Изменение электрического или магнитного поля достигается путем изменения напряжения или тока с помощью источников электропитания с электронным управлением.Увеличение напряжения сдвига в рабочей жидкости вызывает увеличение крутящего момента, передаваемого вязкими муфтами или тормозами.

В статье представлены результаты оптимизации конструкции и экспериментальных исследований вязкодисковой муфты с жидкостью ER, работающей в необычных тепловых условиях. Целью оптимизации конструкции было достижение большого крутящего момента муфты при небольшом размере муфты и в то же время небольшой площади отвода тепла. Однако температура рабочей жидкости муфты поддерживалась близкой к температуре окружающей среды.Многоцелевая оптимизация проводилась на основе математических моделей жидкостей ER и дисковой вязкой муфты. Многоцелевая оптимизация вязкой муфты с жидкостью ER, включая качество материалов, ранее подобным образом не проводилась. Впоследствии был изготовлен и испытан на специально построенном стенде опытный образец вязкой муфты с жидкостью ER. Полученные результаты позволили сформулировать принципы построения вязких муфт с жидкостью ER, включая выбор материалов.

Литературный этюд

В практически используемых двухфазных жидкостях ER и MR твердая фаза состоит из частиц полимера или железа, соответственно, диаметром от 5 до 10 мкм, а жидкая фаза — силиконового масла (Fertman, 1990; Conrad, 1993; Weiss, 1993; Mikkelsen et al., 2017). Двухфазные жидкости также содержат добавки (до 3%), предотвращающие осаждение и агрегацию твердой фазы и повышающие электрореологический или магнитореологический эффект. Процентное содержание твердой фазы в двухфазных жидкостях ER и MR составляет 60–80% по массе и 20–30% по объему.Одним из ограничений использования жидкости ER является ее чувствительность к изменениям температуры и влажности воздуха. Использование жидкости MR ограничено явлением магнитного насыщения.

Жидкости

ER и MR используются или предполагается использовать в основном в качестве материалов с контролируемыми реологическими свойствами в различных устройствах, таких как гаптические устройства (Liu et al., 2006), поглотители энергии (Milecki et al., 2005; Choi and Wereley , 2015), амортизаторы (Sapiński et al., 2016), консольные балки (Lara-Prieto et al., 2010), гидродинамические муфты (Madeja et al., 2011; Olszak et al., 2018), разрядные машины (Kim et al., 2002) или даже роботы (Saito, Ikeda, 2007; Jing et al., 2018) и сейсмические изоляторы (Li et al., 2013).

Чаще всего жидкости ER и MR используются в таких устройствах, как сцепления и тормоза (Olszak et al., 2016a; Raju et al., 2016; Gao et al., 2017). Для достижения предполагаемых характеристик сцеплений и тормозов с жидкостями ER и MR их архитектура принимается во внимание путем анализа формы и положения рабочего пространства (Avraam et al., 2010), способ создания электрического или магнитного поля (Takesue et al., 2003; Böse et al., 2013; Sohn et al., 2018), а также тепловые условия работы (Chen et al., 2015; Song и др., 2018). Дополнительно во внимание принимаются интеллектуальные жидкости, используемые для изготовления сцеплений и тормозов с ER и MR, в основном их состав (Sarkar and Hirani, 2013; Kumbhar et al., 2015; Mangal et al., 2016) и долговечность (Olszak et al. ., 2016б; Ким и др., 2017; Зябска и др., 2017). Примеры конструктивных решений для сцеплений и тормозов с интеллектуальными жидкостями можно найти в публикациях (Papadopoulos, 1998; Kavlicoglu et al., 2002; Смит и др., 2007; Фернандес и Чанг, 2016).

Следующим важным шагом на пути к совершенствованию конструкции сцеплений и тормозов с использованием интеллектуальных жидкостей является использование методов оптимизации. В публикациях по этой теме геометрические размеры оптимизированы, в то время как авторы предполагают разные целевые функции и разные методы оптимизации.

Объектами оптимизации обычно являются устройства с жидкостью MR, используемые в транспортных средствах. В предыдущих работах (Park et al., 2006, 2008) процесс строительства включал междисциплинарную оптимизацию проектирования; целевая функция учитывает массу тормоза, а также тормозной момент и использует скалярные весовые коэффициенты. В этих работах предполагалось, что в автомобиле вес тормоза важнее тормозного момента. Для сокращения времени расчета использовались три метода оптимизации, первые два из которых были менее эффективными: встроенные возможности ANSYS, а затем метод случайного поиска, который давал самые низкие значения целевой функции.Во время оптимизации был также проведен CFD-анализ и оценено распределение напряженности магнитного поля и установившееся распределение температуры. Нгуен и Чой (2010) в процессе оптимизации тормозов автомобиля и при определении целевой функции приняли во внимание следующие аспекты: требуемый тормозной момент, температуру из-за трения в нулевом поле жидкости MR, массу тормозной системы и геометрические размеры. Использованный здесь метод оптимизации основан на анализе конечных элементов.В работе (Assadsangabi et al., 2011) целевая функция была принята таким образом, чтобы обеспечить максимально возможный тормозной момент при минимально возможной массе автомобильного тормоза. Оптимизация проводилась с использованием анализа конечных элементов и генетического алгоритма. Целью работы (Sohn et al., 2015) была оптимизация тормоза мотоцикла. В целевой функции учитывались такие факторы, как тормозной момент, вес и температура. В процессе оптимизации использовался инструмент, основанный на анализе конечных элементов.В исследовании (Nguyen and Choi, 2010) магнитореологического демпфера для легкового автомобиля целевая функция включала демпфирующую силу, динамический диапазон и индуктивную постоянную времени демпфера. В методе оптимизации, основанном на анализе конечных элементов, использовались алгоритм анализа золотого сечения и метод локальной квадратичной аппроксимации.

Оптимизация размеров муфт с жидкостью MR можно найти в двух предыдущих статьях (Horvath and Torőcsik, 2011; Bucchi et al., 2017).В обоих случаях оптимизация была направлена ​​на достижение максимально возможного передаваемого крутящего момента сцепления, в то время как в Bucchi et al. (2017) акцент был сделан на форме магнитореологического жидкостного зазора, и оптимизация проводилась с использованием метода конечных элементов. Однако в Horvath and Torőcsik (2011) особое внимание уделялось внутреннему радиусу, в то время как оптимизация была основана на простом аналитическом методе и процедуре моделирования. В статье (Gao et al., 2017) описана оптимизация демпфера MR, разработанного для интеллектуальных протезов колен.В целевой функции учитывались такие факторы, как общее потребление энергии за один цикл походки и вес амортизатора MR. Оптимизация проводилась на основе алгоритма оптимизации роя частиц. Первоначальный метод оптимизации, называемый методом Тагучи, был использован для оптимизации магнитореологического тормозного привода (Erol and Gurocak, 2011). В целевой функции учитывалось отношение крутящего момента к объему.

Математическая модель

При определении математической модели жидкости ER предполагалось, что реологические свойства жидкости могут быть описаны моделью Бингема:

, а для U = 0, τ = μ0γ., а электрические свойства жидкости ER можно описать уравнением:

, где μ _p — пластическая вязкость, τ ₀ — предел текучести жидкости ER, зависящий от электрического поля, μ ₀ — отношение динамической вязкости жидкости без электрического поля, и i _г — плотность утечки тока.

Связь τ ₀ , μ ₀ , i _g с электрическим полем E описывалась формулами, в которых температура T , относительная влажность воздуха w и скорость сдвига γ.принято к сведению:

τ0 = a0 · a1 · a2 · a3 · E2 (3) μ0 = b0 · b1 + b2E2ig = c0 · c1 · c2 · c3 · E1,7

, где a ₀ , b ₀ , c ₀ , a ₂ , b ₂ — числовые коэффициенты; a ₁ , b ₁ , c ₁ — коэффициенты, линейно зависящие от температуры T ; a ₃ , c ₂ — коэффициенты, линейно зависящие от относительной влажности воздуха w ; и c ₃ — коэффициенты, линейно зависящие от скорости сдвига γ..

Предполагалось, что радиусы r в математической модели вязкого сцепления с жидкостью ER описываются пропорциональным увеличением модельного сцепления, геометрия которого была определена на основе анализа уже существующих сцеплений и тормозов с интеллектуальной жидкостью (Papadopoulos, 1998; Kavlicoglu et al., 2002; Smith et al., 2007; Nguyen and Choi, 2010; Erol and Gurocak, 2011) с использованием коэффициента увеличения с _k . Ширина муфты модели рассчитывается в зависимости от количества дисков n при постоянной ширине зазора h между дисками.На рисунке 1 показана конструктивная схема модельной вязкой муфты с жидкостью ER, а в таблице 1 показаны сопоставленные размеры муфты в зависимости от коэффициента увеличения s _k и количества рабочих зазоров n .

Рисунок 1 . Схема построения модельной вязкой муфты с жидкостью ER с 5 дисками.

Таблица 1 . Размеры муфты с жидкостью ER приняты для оптимизации.

В процессе оптимизации сцепления были произведены следующие расчеты: крутящий момент, передаваемый через сцепление M , мощность сцепления P , объем сцепления O , температура жидкости ER в сцеплении T _Z и центростремительное ускорение a _d .Расчеты производились по формулам:

M = nπμp2hω (r24-r14) + n2πτ03 (r23-r13) (4) P = nπμp2hω2 (r24-r14) + n2πτ03ω (r23-r13) O = πrz2Sz ad = ω2rz Tz = PαSz + T ic = n · ig S

, где T — температура окружающей среды, а S = π (r22-r12) — поверхность стороны электрода.

Крутящий момент M , передаваемый через вязкую муфту с жидкостью ER, был рассчитан путем интегрирования единичной силы, возникающей на радиусе r , с упрощающим предположением, что напряжение сдвига τ не изменяется — ни по радиусу диска ни по высоте зазора.В результате получилось следующее уравнение:

M = ∫r1r2rdF = 2π∫r1r2τr2dr (5)

, где впоследствии была учтена формула (1) (Park et al., 2008; Erol, Gurocak, 2011).

Температура T _Z была рассчитана из уравнения, описывающего тепло Θ , выделяемое в окружающую среду в момент Δ t , предполагая, что муфта работает с постоянной мощностью P в заданных условиях:

Θ = P Δt = αSs (Tz-T) Δt (6)

, где α — коэффициент теплопередачи, а T — температура окружающей среды.

Величины, описываемые формулами (4), являются показателями конструкции вязкой муфты с жидкостями ER, отражающими ее характерные особенности, такие как производительность ( P , M ), размеры ( O ) и условия работы ( T , T _Z , a _d ).

Оптимизация вязкой муфты с помощью жидкости ER

Способ проведения оптимизационных расчетов

Основной целью оптимизации было получить вязкое сцепление с жидкостью ER с минимально возможными размерами, передающее максимально возможный крутящий момент, но при этом количество рассеиваемого тепла, зависящее от боковой поверхности сцепления, обеспечивало возможна низкая температура жидкости ER при постоянной работе сцепления.

Были созданы две целевые функции, содержащие отношения M / O и T _Z / T . Отношение M / O должно быть как можно большим, чтобы получить максимально возможный крутящий момент M от конструкции с наименьшим возможным объемом O . Однако отношение T _Z / T должно генерировать, возможно, небольшие значения, чтобы уменьшить изменение температуры и, следовательно, влияние температуры на свойства жидкости ER.Предполагаемыми ограничениями были значения мощности P , центростремительного ускорения a _d и текущего i _c .

Целевые функции были следующими:

Fc = | w1 · Tz / Tr-w2 · OM / (OM) r | (8)

, где: w _i ( i = 1, 2) — весовой коэффициент для i -й целевой функции.

Уравнение (8) было сформулировано на основе метода взвешенной суммы, который является наиболее широко используемым методом многокритериальной оптимизации.В этом исследовании предполагалось, что ∑i = 1i = 2wi = 1 и 0 ≤ w _i ≤ 1. Коэффициенты w ₁ и w ₂ не имеют физического значения.

Требовались минимальные значения этих целевых функций:

— для допустимых значений из областей применения: l ≤ с _k ≤ 8; 30 ≤ ω ≤ 250 рад / с; 5 ≤ n ≤ 13;

— с ограничениями: P ≤ 1000 Вт; a _d <300 рад / с ² ; i _c <100 мА.

Для оптимизационных расчетов использовалась индивидуальная компьютерная программа, написанная на языке программирования Delphi. Расчеты проводились следующим образом:

— использовался генератор случайных чисел, допустимые значения были взяты из предполагаемых диапазонов разрешенных значений;

— проведена проверка на соблюдение ограничений;

— если нарисованные значения допустимых значений удовлетворяли условиям ограничений, то целевые функции рассчитывались; если нет, разрешенные значения были нарисованы снова;

— вычисленная целевая функция запоминалась и вычисления повторялись;

— сравнивались значения целевых функций с предыдущего и текущего шага расчетов;

— было выбрано меньшее значение, и одновременно были сохранены значения, рассчитанные для меньшего значения целевой функции.

На основе нескольких наборов геометрических размеров вязких муфт с жидкостями ER (считавшихся наилучшими наборами) были построены виртуальные твердотельные модели муфт. Эти модели впоследствии были использованы для расчета распределения температуры в муфте с помощью программы ANSYS Fluent. При расчете тепла, выделяемого в рабочих зазорах муфты, учитывалась мощность, выделяемая при протекании электрического тока P ₁ = U · i _c , а также мощность P ₂ , излучаемые в результате напряжения сдвига τ появлений.Из-за различных размеров муфт, полученных в процессе оптимизации, мощность P = P ₁ + P ₂ была отнесена к объему V жидкостей ER в рабочих зазорах.

Отношение мощности, превращенной в тепло, к единице объема жидкости.

dP2 = dF v = dSτ v = 2πrdrτ v (9)

После соблюдения dV = 2 πr dr h и v = ωr = γ.h результат:

dP2 = 2πrdrτv = 2πrdrhτγ. = dVτγ. (10)

и после интегрирования обеих частей уравнения и преобразования:

Чтобы отобразить соотношение P ₂ / V в зависимости от радиуса r , принимается во внимание, что γ. = Vh = ωrh и τ = μpγ. + Τ0, что дает результат:

P2V = (μpγ. + Τ0) γ. = Μpγ.2 + τ0γ. = Μpr2h3ω2 + τ0rhω (12)

Данные для оптимизации

Предполагалось, что в вязкой муфте с жидкостью ER будет использоваться жидкость ERF # 6.Он состоит из сульфированной стирол-дивинилбензольной смолы с катионом натрия и силиконового масла; его данные представлены в таблице 2 (Płocharski et al., 1997; Bocińska et al., 2002) согласно информации производителя. Жидкость ERF # 6 была выбрана в основном из-за ее долговечности.

Таблица 2 . Основная информация о жидкости ERF # 6.

Коэффициенты a , b и c математической модели жидкости ERF № 6, описываемой формулами (3), были определены на основе испытаний, проведенных с помощью измерительного устройства.Устройство было построено аналогично цилиндрическому реометру, но диаметр цилиндров был намного больше. Основным элементом устройства была вязкая муфта, состоящая из взаимно изолированных цилиндров, соединенных с электрическими полюсами источника питания высокого напряжения. Один из цилиндров с внутренним радиусом 122 мм был установлен непосредственно на валу вертикально установленного асинхронного двигателя, управляемого преобразователем частоты, который позволял плавно регулировать угловую скорость ω . Однако второй цилиндр с внешним диаметром 120 мм и высотой 29 мм был соединен с рычагом длиной l = 140 мм, который давил на тензометрический датчик силы F .Зазор между цилиндрами составил х = 1 мм. Температура жидкости T измерялась резистивным датчиком, размещенным на стенке невращающегося цилиндра. Влияние относительной влажности воздуха на реологические характеристики жидкости ERF # 6 было проверено путем помещения измерительного прибора в пластмассовую палатку, в которой постоянно увеличивалась влажность, которая постоянно увеличивалась в соответствии с размещением сосудов с дымящейся водой. Схема построения измерительной вязкой муфты представлена ​​на рисунке 2.

Рисунок 2 . Схема вязкостной муфты измерительного устройства: 1 — цилиндр, установленный на валу двигателя; 2 — цилиндр, соединенный с рычагом; 3, рычаг; 4 — датчик силы; 5, выход датчика температуры.

В ходе исследования компьютерная измерительная система зарегистрировала значение силы F в зависимости от угловой скорости ω и тока утечки I для различных значений приложенного к цилиндрам электрического напряжения U .Затем значение силы F было вычислено как напряжение сдвига τ , а угловая скорость ω — в скорость сдвига γ. согласно следующему уравнению:

τ = Mr2S = Flr2S [Па] (13) γ. = ωr2h [1 / с] (14)

, где r ₂ — радиус цилиндра, соединенного с рычагом, h — размер зазора, M — крутящий момент, S = 2 πr ₂ b — площадь сдвига, l — длина силового рычага, а b — высота цилиндра, соединенного с рычагом.

Однако напряженность электрического поля рассчитывалась по формуле:

Значения коэффициентов a , b , c флюида ERF # 6 сопоставлены в таблице 3.

Таблица 3 . Коэффициенты a, b, c , входящие в математическую модель жидкости ERF №6.

Значение коэффициента α, представленного в формулах (4), можно принять из диапазона 100 ÷ 150 Вт / (м 906 · 10 2 K) (Nakamura et al., 2003). В расчетах оптимизации принималось α = 120 Вт / (м 906 · 10 2 K). Максимальное значение центростремительного ускорения, которое может влиять на жидкость ER, не вызывая разрушения из-за центробежной силы, было принято равным 300 рад / с ² на основании предыдущей публикации (Carlson, 1997).

Результаты оптимизации

В таблице 4 показаны сопоставленные результаты оптимизирующих расчетов геометрических размеров вязкой муфты с жидкостью ER. Результаты были получены путем минимизации целевой функции, описываемой уравнением (7), для заранее заданных выбранных значений угловой скорости ω .

Таблица 4 . Результаты расчета для T = 20 ° C, U = 2 кВ, n = 12, w = 30%.

В таблице 5 показаны результаты расчетов оптимизации целевой функции, описываемой уравнением (8) для различных весовых коэффициентов w ₁ , w ₂ , выбранных таким образом, чтобы коэффициент увеличения s _k было близко к 2. Исходные значения T _r = 37 ^o C, ( O / M ) _r = 1290 см ³ / Нм были приняты произвольно на основе результаты показаны в таблице 4.

Таблица 5 . Результаты расчета для U = 2 кВ, 30 ≤ ω ≤ 250 рад / с, 5 ≤ n ≤ 13, w = 30%.

На рисунке 3 представлены результаты расчетов целевой функции, описываемой формулой (8) для различных весовых коэффициентов, полученные в результате 2 500 розыгрышей.

Рисунок 3 . Набор значений целевой функции, описываемый формулой (8) для U = 2 кВ, 30 ≤ ω ≤ 250 рад / с, 5 ≤ n ≤ 13, w = 30% и для : (A) w ₁ = 0.3, w ₂ = 0,7; (B) w ₁ = 0,7, w ₂ = 0,3.

Примеры диаграмм, показывающих зависимость P / V от радиуса r для угловой скорости ω = 100 рад / с, показаны на рисунке 4.

Рисунок 4 . Зависимость P / V от радиуса r для ω = 100 рад / с и жидкости ERF # 6.

На рисунке 5 показана геометрия муфты с жидкостью ER для с _k = 2, а на рисунке 6.показывает рассчитанное распределение температуры.

Рисунок 5 . Вид на геометрию сцепления для s _k = 2: коричневый цвет, диски; серый цвет, корпус.

Рисунок 6 . Распределение температуры в ° C в поперечном сечении муфты для s _k = 2, ω = 100 рад / с, U = 2 кВ.

Обсуждение результатов

Как следует из данных таблицы 4, для целевой функции, описываемой уравнением (7), для аналогичных значений отношения M / O увеличение угловой скорости ω ведомой части вязкой муфты с Жидкость ER вызывает уменьшение коэффициента увеличения s _k и увеличение массовой температуры T муфты.Муфта, работающая с более высокой угловой скоростью ω , передает больше мощности P , как показано в уравнениях (4). С другой стороны, меньшее значение коэффициента увеличения s _k означает, что муфта имеет меньшие размеры и, следовательно, имеет меньшие поверхности для рассеивания тепла, как видно из таблицы 1. Таким образом, причина Увеличение массовой температуры Т муфты с увеличением угловой скорости ω — это работа муфты на большей мощности и меньшей площади теплоотвода.

Напротив, как следует из данных таблицы 5, при аналогичных значениях коэффициента увеличения с _k (близких к 2,0) муфта работает с большей угловой скоростью ω , с меньшим весовым коэффициентом w ₁ определение доли температурного отношения T _Z / T _r в целевой функции, описываемой уравнением (8), при этом меньший весовой коэффициент w ₁ , тем выше температура T _Z .

Как показано на рисунке 3, отображение зависимости целевой функции, описываемой уравнением (8), от коэффициента увеличения s _k , увеличение весового коэффициента w ₁ с 0,3 до 0,7 вызывает минимальное значения целевой функции, поэтому оптимальные решения существуют для меньших значений коэффициента увеличения s _k , то есть для меньших размеров муфты с жидкостью ER.

На основании проведенных исследований следует, что наиболее важным параметром при оптимизации муфты с жидкостью ER является мощность P , выделяемая в вязкой муфте с жидкостью ER, которая зависит от двух значений: U и ω . Диапазон изменения высокого напряжения U для всех муфт с жидкостями ER аналогичен и на практике не превышает значений от 0 кВ до 3 кВ, в основном из-за возможных пробоев между электродами, которые генерируют электрическое поле.Таким образом, перед выбором оптимальных габаритов вязкой муфты с жидкостями ER следует выбрать значение угловой скорости ω .

Предполагалось, что муфта с жидкостью ER в сконструированном устройстве, которое служит для приложения контролируемой силы, обычно будет работать в диапазоне скоростей ω от 100 до 180 рад / с. Для такого диапазона ω на основе результатов проведенных расчетов, в основном результатов, представленных в таблицах 4, 5 и на рисунке 3, было принято s _k = 2.

Для проверки расчетов оптимизации для с _k = 2 для следующих данных: 100 рад / с ≤ ω ≤ 180 рад / с и T = 20 ° C, U = 2 кВ, n = 12, w = 30%, расчеты проводились для температуры рабочей жидкости ER в муфте на основе обеих целевых функций. Для целевой функции, описываемой уравнением (7), полученная температура составила T = 28,3 ° C, а для целевой функции, описываемой уравнением (8), и для w ₁ = 0.5, w ₂ = 0,5, полученная температура составила T _Z = 32,1 ° C. Температуры T и T _Z отличаются от температуры жидкости ER 29,5 ° C, показанной на Рисунке 6, не более чем на 6%, что указывает на правильность предположений.

Выбор материалов и конструкция прототипа вязкой муфты с жидкостью ER

Конструктивное решение сцепления

После определения габаритов вязкой муфты с жидкостью ER на с _k = 2, на основе таблицы 1 был построен прототип.Предполагалось, что муфта будет работать вертикально, а подшипники будут размещены на одной стороне муфты, как показано на Рисунке 7.

Рисунок 7 . Конструктивное решение прототипа сцепления: 1 — кожух подшипников; 2 — кожух сцепления; 3 — втулки изоляционные для подшипников вала; 4 — диски, закрепленные на кожухе; 5 — диски на валу; 6, вал; 7 — скользящее кольцо; 8 — гибкая муфта; 9 — подшипник вала; 10 — подшипник сцепления; 11, уплотнительное кольцо.

Такое конструктивное решение выгодно из-за герметичности.Между дисками использовались распорные кольца, замена которых позволяет изменять ширину рабочего зазора. Полюс «+» источника питания высокого напряжения соединялся с валом муфты щеткой и скользящим кольцом, а полюс «-» — к корпусу муфты. Чтобы изолировать ведущую часть от ведомой, наружное кольцо подшипников, закрепленных на валу, было помещено во втулки, изготовленные из материала, который является отличным электроизолятором. Чтобы снизить затраты на производство сцепления, диски были закреплены винтами вместо обычно используемых шлицев.Для увеличения теплоемкости и облегчения отвода тепла из рабочих зазоров муфты стенки кожуха были сделаны намного толще, чем это было бы необходимо для обеспечения достаточной механической прочности и жесткости.

Используемые материалы

Из-за хорошей электрической и теплопроводности большинство деталей прототипа сцепления были изготовлены из металла. Диски сцепления были изготовлены из аустенитной нержавеющей стали с обозначением 304 в соответствии со стандартом ASTM / AISI.Нержавеющая сталь 304 содержит около 19% хрома и 10% никеля в качестве основных легирующих добавок и устойчива к коррозии, сохраняя при этом свою прочность при высоких температурах. Исходным материалом для изготовления дисков сцепления служил холоднокатаный лист с гладкой поверхностью. Диски были вырезаны из листа с помощью водоструйной абразивной обработки. Затем диски были отполированы. Шлифование этого материала не рекомендуется из-за того, что он слишком мягкий для этого процесса. Корпус и вал сцепления были изготовлены путем механической обработки из стали марки 403 по стандартам ASTM / AISI.Нержавеющая сталь 403 содержит 11% хрома и 1% марганца. Более высокое содержание углерода означает, что нержавеющая сталь 403 имеет более высокую прочность и более высокую износостойкость по сравнению с нержавеющей сталью 304.

Изолирующие втулки подшипников и упругая муфта вала сцепления с валом двигателя были изготовлены из материала под названием полиамид (PA6). Уплотнительное кольцо было напечатано на 3D-принтере из материала под названием АБС (акрилонитрило-бутадиено-стирен) (Kotlinski et al., 2013).

Испытания сцепления с жидкостью ER

Создание испытательной установки

Стенд для испытаний прототипа сцепления состоял из управляемого электродвигателя, на валу которого была установлена ​​приводная часть сцепления с жидкостью ER.Ведомая часть соединялась с рычагом, нажимающим на датчик силы. Точность положения датчика силы относительно рычага составила 0,1 мм, что дало погрешность <0,1%.

Величина электрического напряжения подавалась от источника высокого напряжения, полюса которого взаимозаменяемо соединялись с дисками прототипной муфты. Источник питания также позволял измерять ток утечки. В кожухе вязкой муфты с жидкостью ER был установлен термометр для измерения температуры жидкости ER.Измерение относительной влажности воздуха производилось датчиком влажности, установленным в непосредственной близости от муфты. Угловая скорость считывалась с помощью энкодера электродвигателя. Точность измерительных устройств, используемых в испытательном стенде, приведена в таблице 6. Все измеренные значения были записаны с течением времени на основе компьютерной измерительной системы. Схема испытательного стенда представлена ​​на рисунке 8.

Таблица 6 . Точность измерительных приборов.

Рисунок 8 .Схема испытательного стенда: 1 — ПЛК; 2, карты ввода / вывода; 3, компьютерный комплект с программным обеспечением; 4, источник питания высокого напряжения; 5, контроллер сервопривода; 6, сервопривод; 7 — сцепление испытано с жидкостью ER; 8 — датчик силы; 9 — датчик влажности; 10, датчик температуры.

Тесты на рабочем месте

Характеристики вязкой муфты с жидкостью ER как τ = f (γ.) Определялись по формулам (13) и (14) для считанных значений усилия F в зависимости от угловой скорости ω для выбранных постоянные значения электрического напряжения U , рисунок 9.Измерения проводились при постоянной температуре жидкости и постоянной относительной влажности w . Для сравнения на Рисунке 9. дополнительно показаны характеристики τ = f (γ.), Полученные с помощью измерительного устройства, схему которого можно увидеть на Рисунке 2.

Рисунок 9 . Зависимость τ от γ. для T = 20 ° C и w = 30%: зеленый цвет, измерительные приборы; красный цвет, вязкая муфта с жидкостью ER.

Как видно из диаграмм, представленных на рисунке 9, различия между линиями, касающимися измерительного устройства, и линиями, касающимися муфты с жидкостью ER, невелики, даже если есть существенные различия в размерах и форме рабочих зазоров.Средняя относительная ошибка составила 12%. Также необходимо отметить, что диапазон изменений напряжения сдвига τ , вызванных изменением напряжения U от 0 до 2,5 кВ, на 30% больше, чем диапазон изменений напряжения сдвига τ , вызванных изменениями углового скорость ω .

Испытания на долговечность прототипа муфты с жидкостью ER показали, что необходимо тщательно выбирать изоляционный материал, а также материалы для скользящего кольца и щетки.Изначально изоляционным материалом был Текстолит (TcF-1), отличающийся большим электрическим сопротивлением и хорошей обрабатываемостью. Для упрощения конструкции сцепления также использовалась медная щетка, взаимодействующая непосредственно с валом. Однако в ходе испытаний выяснилось, что из-за попадания влаги на гильзу, подверженную воздействию высоких напряжений, материал частично обугливался на поверхности, и создаваемые таким образом токопроводящие дорожки в значительной степени ухудшали изоляционные свойства. После замены Текстолита (TcF-1) материалом Полиамид (PA6) не произошло снижения изоляционных свойств.Испытания также показали, что использование медной щетки во взаимодействии непосредственно с валом является причиной электрических пробоев, происходящих при относительно низком напряжении, около 1,5 кВ, из-за того, что продукты износа попадают внутрь муфты вместе с ER. жидкость. Чтобы избежать этого, скользящее кольцо было изготовлено из бронзы, а щетка — из графита из-за его хороших смазывающих свойств. После этой замены не было случаев электрических поломок, вызванных продуктами износа.

Рекомендации по выбору материалов

При выборе жидкости ER для использования в управляемой муфте необходимо выбрать жидкость, напряжение сдвига которой τ незначительно зависит от скорости сдвига γ .. Как было показано в предыдущих исследованиях (Nakamura et al., 2002, 2004) , чем больше зависимость, тем проблематичнее управление устройством с использованием жидкости ER. Этому требованию лучше всего удовлетворяют гетерогенные жидкости ER, твердой фазой которых является химически чистый крахмал.Недостаток жидкости этого типа — большая чувствительность к влажности и малая долговечность. При выборе жидкости ER для управления вязкостной муфтой необходимо учитывать также тот факт, что крутящий момент M , передаваемый муфтой, является суммой двух составляющих, первая из которых зависит от μ. _p · ω , причем второе зависит от τ ₀ , являясь функцией напряжения U .Если сцепление должно управляться путем переключения напряжения U , выбранная жидкость должна иметь наибольшее соотношение τ ₀ / μ ₀ , в то время как для муфты, управляемой изменениями угловой скорости ω должно иметь наименьшее возможное отношение τ ₀ / μ ₀ .

При выборе материалов для изоляционных элементов вязкостной муфты с жидкостью ER необходимо обращать внимание на их изоляционную прочность, низкое тепловое расширение, обеспечивающее стабильность формы при воздействии высоких температур, хорошую химическую стойкость к маслам, большую механическую прочность и хорошую обрабатываемость.Необходимо учитывать, что пластмассы являются хорошими электрическими изоляторами, а также термоизоляторами. Использование изоляционных материалов препятствует рассеиванию тепла, образующегося в результате взаимного трения частиц, трения между частицами и стенками рабочего зазора и электрического тока в жидкости ER. При определении толщины стенок изолирующих элементов необходимо учитывать тот факт, что чем толще стена, тем меньше вероятность электрических пробоев.Однако это ухудшает условия отвода тепла. В настоящее время большим облегчением является возможность создавать изолирующие элементы сложной формы с помощью методов 3D-печати, поскольку большинство пластиков, используемых в этой технологии, обладают хорошими изоляционными свойствами.

Использование металлических материалов связано с возможностью коррозии металлических частей муфты, особенно тех, которые работают при повышенной температуре, продукты которой, проводящие электричество после попадания в жидкости ER, могут вызвать увеличение тока утечки и возникновение электрических пробоев. .Целесообразно использовать металлы и сплавы, устойчивые к коррозии. В случае возникновения фрикционных контактов элементов сцепления важно учитывать тот факт, что продукты износа могут препятствовать правильной работе сцепления.

Выводы

Управляющая сила F посредством муфты с жидкостью ER может быть реализована путем изменения угловой скорости двигателя и путем изменения высокого напряжения электрического тока, подаваемого на диски, потому что как увеличение угловой скорости, так и Увеличение электрического напряжения вызывает увеличение напряжения сдвига в жидкостях ER и увеличение передачи крутящего момента на рычаг.Однако управление изменениями напряжения происходит быстрее и позволяет увеличить диапазон регулирования на 30%. Предложенный способ управления силой можно использовать на практике, так как он позволяет плавно изменять силу от нуля до максимального значения.

Разработанные математические модели, хотя и простые, достаточно точны, чтобы их можно было использовать для оптимизации конструкции муфты с жидкостью ER. Различия между результатами испытаний муфты с жидкостями ER и измерительным прибором в среднем достигают 12%, но их можно признать приемлемыми из-за значительных различий в размерах и формах рабочих зазоров.Можно признать, что результаты испытаний, полученные с помощью измерительных приборов, могут быть использованы для проектирования муфт с жидкостью ER.

Предполагаемые методы оптимизации размеров вязкой муфты с жидкостями ER, состоящие из случайного пропорционального увеличения модельной муфты, оказались полезными для проектирования вязкой муфты с жидкостью ER. Важно подчеркнуть, что проведенная таким образом оптимизация с использованием двух разных целевых функций дала очень похожие результаты.

Из-за сложной конструкции вязкой муфты с жидкостями ER крайне важно использовать конструкционные материалы с проводящими свойствами, а также материалы с изоляционными свойствами. Однако не все материалы с такими характеристиками можно использовать в сцеплениях с жидкостью ER. Представленные рекомендации могут быть полезны при выборе материалов для изготовления вязкой муфты с жидкостями ER. Как показали проведенные работы, на практике жизненно важно подкрепить выбор материалов испытаниями на долговечность опытных муфт.

По результатам проведенных испытаний можно предположить, что дальнейшие работы по расширению использования вязких муфт с жидкостями ER в машинах и устройствах должны быть сосредоточены не только на оптимальной форме муфт с жидкостями ER, но и на правильный выбор жидкостей ER, а также других строительных материалов.

Авторские взносы

AK и ZK внесли свой вклад в концепцию и дизайн исследования. GM и JZ провели оптимизационный анализ. PM выполнил расчеты ANSYS.АК, ЗК, КО и АО проводили испытания. ZK, AO и KO написали первый черновик рукописи. S-BC внесла свой вклад в доработку рукописи, прочитала и одобрила представленную версию.

Финансирование

Это исследование было профинансировано Польско-тайваньским / тайваньско-польским совместным исследовательским проектом No. PBWLA / 2016/019.

Заявление о конфликте интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Список литературы

Ассадсангаби, Б., Данешманд, Ф., Вахдати, Н., Эгтесад, М., и Базарган-Лари, Ю. (2011). Оптимизация и разработка дисковых тормозов MR. Внутр. J. Auto. Тех-Кор. 12, 921–932. DOI: 10.1007 / s12239-011-0105-x

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Авраам, М., Городинка, М., Романеску, И., и Премон, А. (2010). Вращающийся MR-тормоз с компьютерным управлением для устройства реабилитации запястья. J. Intel. Мат. Syst. Struct. 21, 1543–1557. DOI: 10.1177 / 1045389X10362274

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Bocińska, M., Wyciślik, H., Osuchowski, M., and Płocharski, J. (2002). Влияние ПАВ на свойства электрореологических жидкостей, содержащих полианилин. Внутр. J. Mod. Phys. В . 16, 2461–2467. DOI: 10.1142 / S0217979202012517

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Бёзе, Х., Герлах, Т., и Эрлих, Дж. (2013). Магнитореологические устройства передачи крутящего момента с постоянными магнитами. J. Phys. Конф. Сер. 412: 012050. DOI: 10.1088 / 1742-6596 / 412/1/012050

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Букки, М. Ф., Форте, П., Френдо, Ф. (2017). Оптимизация геометрии магнитореологической муфты с катушками. P. I. Mech. Англ. LJ Mat. 231, 100–112. DOI: 10.1177/1464420716665650

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Карлсон, Дж. Д. (1997). «Магнитореологические гидродинамические приводы» в Adaptronics and Smart Structures , ed H.Яноха (Берлин; Гейдельберг: Springer Verlag, 184–204.

)

Google Scholar

Чен С., Хуанг Дж., Цзянь К. и Дин Дж. (2015). Анализ влияния температуры на магнитореологическую жидкость и характеристики трансмиссии. Adv. Матер. Sci. Англ. 2015, 1–7. DOI: 10.1155 / 2015/583076

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чой, Ю. Т., и Уэрли, Н. М. (2015). Снижение ударных нагрузок, вызванных падением, с помощью адаптивных магнитореологических поглотителей энергии с учетом временной задержки. J. Vib. Акуст . 137: 7. DOI: 10.1115 / 1.4028747

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Конрад, Х. (1993). Электрореологические жидкости: характеристики, структура и механизмы. ASME Fluids Eng. Div. Электрореол. Потоки 164, 99–113.

Google Scholar

Эрол О. и Гурочак Х. (2011). Оптимизация интерактивного дизайна магнитореологических тормозных приводов с использованием метода Тагучи. Smart Mater. Struct . 20: 105027.DOI: 10.1088 / 0964-1726 / 20/10/105027

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Фернандес, М. А., Чанг, Дж. Ю. (2016). «Разработка магнитореологической гидравлической муфты для манипуляторов роботов», 14-й международный семинар IEEE по усовершенствованному управлению движением .

Google Scholar

Фертман В. Э. (1990). Руководство по магнитным жидкостям: свойства и применение . Нью-Йорк, штат Нью-Йорк; Вашингтон; Филадельфия, Пенсильвания; Лондон: Тейлор и Фрэнсис Inc.

Google Scholar

Гао, Ф., Лю, Ю. Н., и Ляо, В. Х. (2017). Оптимальная конструкция магнитореологического демпфера, используемого в умных протезах коленного сустава. Smart Mater. Struct . 26: 035034. DOI: 10.1088 / 1361-665X / aa5494

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хорват П. и Торучик Д. (2011). Оптимизация дисковой магнитореологической муфты. Sci. Proc. Факультет мех. Англ. STU Bratislava 19, 106–111. DOI: 10.2478 / v10228-011-0018-8

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Цзин, З., Сан, С., Оуян, Ю., Чжан, С., Ли, В., и Чжэн, Дж. (2018). Анализ дизайна и моделирования роботизированной ноги с изменяемой жесткостью, работающей с магнитореологической технологией. J. Intel. Мат. Syst. Struct. 29, 3725–3736. DOI: 10.1177 / 1045389X18798958

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Кавличоглу, Б., Горданинеджад, Ф., Эвренсел, К. А., Кобаногулу, Н., Синь, М., Фукс, А., и др. (2002). Магнитореологическая гидравлическая муфта с высоким крутящим моментом. Proc. Конференция SPIE Smart Mater.Struct. 4697: 472674. DOI: 10.1117 / 12.472674

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ким, К. С., Чой, С. Б., и Чо, М. С. (2002). Контроль вибрации разгрузочной машины vire cut с помощью тормозного акуатора ER. J. Intel. Мат. Syst. Struct. 13, 316–322. DOI: 10.1177 / 1045389X02013010002

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ким, У. Х., Пак, Дж. Х., Ким, Г. У., Шин, С. С., Чой, С. Б. (2017). Исследование стойкости при регулировании крутящего момента магнитореологического тормоза: экспериментальная работа. Smart Mater. Struct. 26: 037001. DOI: 10.1088 / 1361-665X / aa59d8

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Kotlinski, J., Migus, M., Kesy, Z., Kesy, A., Hugo, P., Deez, B., et al. (2013). Изготовление рабочих колес гидродинамического преобразователя крутящего момента методом селективного лазерного спекания. Rapid Prototyping J. 19, 430–436. DOI: 10.1108 / RPJ-04-2011-0043

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Кумбхар, Б.К., Патил, С.Р., Савант, С.М. (2015). Синтез и характеристика магнитореологических (MR) жидкостей для применения MR тормозов. Eng. Sci. Technol. Int J. 18, 432–438. DOI: 10.1016 / j.jestch.2015.03.002

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лара-Прието, В., Паркин, Р., Джексон, М., Зильбершмидт, В., Кози, З. (2010). Экспериментальное исследование адаптивных консольных многослойных балок MR для приложений контроля вибрации. Smart Mater. Struct. 19: 015005. DOI: 10.1088 / 0964-1726 / 19/1/015005

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ли Ю., Ли, Дж., Ли, В., и Самали, Б. (2013). Разработка и характеристика адаптивного сейсмического изолятора на основе магнитореологического эластомера. Smart Mater. Struct. 22: 035005. DOI: 10.1088 / 0964-1726 / 22/3/035005

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лю Б., Ли, В. Х., Косасих П. Б. и Чжан Х. З. (2006). Разработка тактильного устройства на базе MR-тормоза. Smart Mater. Struct. 15: 1960. DOI: 10.1088 / 0964-1726 / 15/6/052

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Мадея, Дж., Кеси, З., и Кеси, А. (2011). Применение электрореологической жидкости в гидродинамической муфте. Smart Mater. Struct . 20: 105005. DOI: 10.1088 / 0964-1726 / 20/10/105005

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Мангал, С. К., Мунджал, К., Шарма, В. (2016). Оптимизация крутящего момента для синтезированной жидкости MR. Внутр. J. Eng. Res. Заявление . 6, 9–14 (Pt 5). Доступно в Интернете по адресу: www.ijera.com

Google Scholar

Mikkelsen, A., Wojciechowski, J., Rajnak, M., Juraj Kurimsky, J., Khobaib, K., Kertmen, A., et al. (2017). Сборка микросфер сульфированного полистирола под действием электрического поля. Материалы 10, 1–17. DOI: 10.3390 / ma10040329

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Милецки А., Седзяк Д. и Ортманн Дж. (2005). Управляемость амортизатора MR для автомобилей. Внутр. J. Vehicle Des. 38, 222–233. DOI: 10.1504 / IJVD.2005.007294

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Накамура Т., Сага, Н., и Накадзава, М. (2002). Регулировка импеданса одновальной муфты с использованием однородной электрореологической жидкости. J. Intel. Мат. Syst. Struct. 13, 465–469. DOI: 10.1106 / 1045389068

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Накамура Т., Сага Н. и Накадзава М. (2003). Тепловые эффекты гомогенного жидкостного устройства ER. J. Intel. Мат. Syst. Struct. 14, 87–91. DOI: 10.1142 / 9789812777546_0037

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Накамура Т., Сага, Н., и Накадзава, М. (2004). Регулировка переменной вязкости устройства с однородной жидкостью ER с учетом его динамических характеристик. Мехатроника 14, 55–68. DOI: 10.1016 / S0957-4158 (02) 00095-8

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Нгуен, К. Х., и Чой, С. Б. (2010). Оптимальная конструкция автомобильного магнитореологического тормоза с учетом геометрических размеров и теплоты трения в нулевом поле. Smart Mater. Struct. 19: 115024. DOI: 10.1088 / 0964-1726 / 19/11/115024

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ольшак, А., Osowski, K., Ksy, A., and Ksy, Z. (2016a). Экспериментальные исследования гидравлических муфт с интеллектуальными жидкостями. Внутр. Преподобный мех. Англ. 10, 364–372. DOI: 10.15866 / ireme.v10i6.8421

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ольшак А., Осовски К., Кеси З. и Кеси А. (2018). Исследование гидродинамической муфты с жидкостью MR. J. Intel. Мат. Syst. Struct. 30, 155–168. DOI: 10.1177 / 1045389X18803463

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ольшак, А., Зябска, Э., Осовски, К., Куси, А., Куси, З. (2016b). Долговечность гидравлических муфт, заполненных электрореологическими жидкостями. Тех. Пер. Мех. 113, 87–101. DOI: 10.4467 / 2353737XCT.16.288.6120

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Пападопулос, К. А. (1998). Тормоза и сцепления с использованием жидкостей ER. Мехатроника 8, 719–726.

Google Scholar

Парк, Э. Дж., Фалькао Да Луз, Л., и Сулеман, А. (2008). Многопрофильная оптимизация конструкции автомобильного магнитореологического тормоза. Comput. Struct. 86, 207–216. DOI: 10.1016 / j.compstruc.2007.01.035

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Парк, Э. Дж., Стойков, Д., Фалькао да Луз, Л., и Сулеман, А. (2006). Оценка эффективности конструкции автомобильного магнитореологического тормоза с регулятором скользящего режима. Мехатроника 16, 405–416. DOI: 10.1016 / j.mechatronics.2006.03.004

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Плохарский Ю., Драбик Х., Выцислик Х., и Ciach, T. (1997). Электрореологические свойства полифениленовых суспензий. Synthet. Металлы 88, 139–145.

Google Scholar

Раджу А., М. Д. Мефтахул Ф. и Яньчэн Л. (2016). Достижения в области накопления энергии магнитно-реологического жидкостного демпфера: обзор. Корея-Австралия Rheol. J. 28, 355–379. DOI: 10.1007 / s13367-016-0035-2

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Сайто Т. и Икеда Х. (2007). Разработка нормально замкнутого типа магнитореологической муфты и ее применение в системе безопасного управления крутящим моментом человека-коллаборативного робота. J. Intel. Мат. Syst. Struct. 18, 1181–1185. DOI: 10.1177 / 1045389X07084755

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Сапиньски, Б., Росол, М., и Вонгжиновски, М. (2016). Оценка энергосберегающей системы подавления вибраций на основе гасителя MR. J. Theor. Приложение. Mech-Pol. 54, 333–344. DOI: 10.15632 / jtam-pl.54.2.333

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Саркар, К., Хирани, Х. (2013). Синтез и характеристика антифрикционных магнитореологических жидкостей для тормозов. Defense Sci. J . 63, 408–412. DOI: 10.14429 / dsj.63.2633

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Смит, А. Л., Уличный, Дж. К., и Кеннеди, Л. С. (2007). Привод вентилятора магнитореологической жидкости для грузовых автомобилей. J. Intel. Мат. Syst. Struct. 18, 1131–1136. DOI: 10.1177 / 1045389X07083136

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Сон, Дж. У., Ганг, Х. Г., Чой, С. Б. (2018). Экспериментальное исследование крутящих характеристик магнитореологического тормоза с измененной формой магнитопровода. Adv. Мех. Англ. 10, 1–8. DOI: 10.1177 / 1687814017752222

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Сон, Дж. У., Чон, Дж., Нгуен, К. Х., и Чой, С. Б. (2015). Оптимальная конструкция дискового магнитореологического тормоза для мотоцикла среднего размера: экспериментальная оценка. Smart Mater. Struct. 24: 085009. DOI: 10.1088 / 0964-1726 / 24/8/085009

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Сонг, В., Ван, С., Чой, С. Б., Ван, Н., и Сю, С.(2018). Тепловые и трибологические характеристики дискового магнитореологического тормоза, работающего по сдвиговому режиму. J. Intel. Мат. Syst. Struct. 30, 722–733. DOI: 10.1177 / 1045389X18770740

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Takesue, N., Furushoa, J., and Inoue, A. (2003). Влияние конфигурации электродов и типа жидкокристаллического полимера на электрореологический эффект. J. App. Phys. 94, 5367–5373. DOI: 10.1063 / 1.1605811

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Вайс, Д.(1993). «Высокопрочные магнито и электро-реологические жидкости», в техническом документе SAE, Международном конгрессе и выставке внедорожников и силовых установок (Милуоки, Висконсин), 932451. doi: 10.4271 / 932451

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ziabska, E., Duchowski, J., Olszak, A., Osowski, K., Ksy, A., Ksy, Z., et al. (2017). Формы износа гетерогенных электрореологических жидкостей, работающих в гидравлической системе сцепления. Smart Mater. Struct. 26: 095032.DOI: 10.1088 / 1361-665X / aa78dc

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Вычислительная гидродинамическая модель вязкой связи волосков

Bathellier B, Barth FG, Albert JT, Humphrey JAC (2005) Связь движений за счет вязкости между парами трихоботрий на ноге паука Cupiennius salei . J Comp Physiol A 191: 733–746

Статья Google Scholar

Bathellier B, Barth FG, Albert JT, Humphrey JAC (2010) Исправление: вязкостная связь движения между парами трихоботрий на ноге паука Cupiennius salei .J Comp Physiol A 196: 89

Артикул Google Scholar

Bruinink CM, Jaganatharaja RK, de Boer MJ, Berenschot JW, Kolster ML, Lammerink TSJ, Wiegerink RJ, Krijnen GJM (2009) Достижения в технологии и дизайне массивов биомиметических датчиков потока. В: 22-я международная конференция IEEE по микромеханическим системам (MEMS 2009), IEEE Computer Society Press, Сорренто, Италия

Cummins B, Gedeon T, Klapper I, Cortez R (2007) Взаимодействие между нитевидными волосками членистоногих в жидкости среда.J Theor Biol 247: 266–280

Статья PubMed Google Scholar

Heys JJ, Gedeon T, Knott BC, Kim Y (2008) Моделирование нитевидного движения волос членистоногих с использованием метода штрафа погруженных границ. J Biomech 41: 977–984

Статья CAS PubMed Google Scholar

Humphrey JAC, Barth FG (2007) Волосы среднего размера, чувствительные к потоку: биомеханика и модели.В: Casas J, Simpson S (eds) Успехи в физиологии насекомых. Механика насекомых и борьба с ними, том 34. Elsevier, Амстердам, стр. 1–80

Хамфри Дж. К., Девараконда Р., Иглесиас И., Барт Ф. Г. (1993) Динамика нитевидных волосков членистоногих. I. Математическое моделирование движения волос и воздуха. Phil Trans R Soc London B 340: 423–444 (см. Также Errata (1997) 352: 1995)

Статья Google Scholar

Джейкобс Г.А., Миллер Дж. П., Олдворт З. (2008) Вычислительные механизмы механосенсорной обработки у сверчка.J Exp Biol 211: 1819–1828

Статья PubMed Google Scholar

Jaganatharaja RK, Bruinink CM, Hagedoorn BM, Kolster ML, Lammerink TSJ, Wiegerink RJ, Krijnen GJM (2009) Высокочувствительные биомиметические матрицы датчиков волос для измерения низкочастотных потоков воздуха. В: Материалы 15-й международной конференции по твердотельным датчикам, исполнительным элементам и микросистемам, IEEE, Denver, pp 1541–1544

Krijnen GJM, Dijkstra MA, van Baar JJJ, Shankar SS, Kuipers W, de Boer JH, Altpeter D, Lammerink TSJ, Wiegerink RJ (2006) Датчики потока волос на основе МЭМС в качестве модельных систем для исследований акустического восприятия.Нанотехнологии 17 (4): S84 – S89

Статья CAS Google Scholar

Ландольфа М., Миллер Дж. (1995) Стимул-ответные свойства церкальных нитевидных рецепторов сверчка. J Comp Phys 177: 749–757

Google Scholar

Роджерс С.Е., Квак Д. (1991) Стационарные и нестационарные решения несжимаемых уравнений Навье – Стокса.