Что такое обгонная муфта

Конструкция муфты обгонной

В отличие от классического шкива генератора принцип работы муфты обгонной гораздо сложнее:

• внутренняя обойма запрессована на вал генератора
• наружная обойма неподвижна относительно шкива
• ролики находятся между обоймами в несколько рядов
• при разгоне генераторного якоря коленчатым валом ролики перемещаются вверх за счет центробежной силы, зацепление становится жестким, указанные валы вращаются с одинаковой скоростью
• в момент сжатия топливной смеси в цилиндрах воспламенения нет, коленвал начинает запаздывать во вращении относительно набравшего инерцию за счет массы якоря вала генератора
• внутренняя обойма начинает обгонять внешнюю, ролики падают вниз, сцепление узла разъединяется

Рис. 7 Конструкция муфты обгонной

После очередного воспламенения в камерах сгорания порции топливной смеси цикл повторяется многократно.

Храповые и фрикционные устройства синхронизации вращения подразделяются на несколько типов:

• радиально замкнутые
• с осевым замыканием
• ленточные модификации
• муфты с пружинными механизмами
• клиновые обгонные муфты

В легковых машинах чаще применяются именно клиновые муфты обгонные из-за простой конструкции и низкой себестоимости изготовления. Помимо двух рядов роликов и пары обойм в конструкцию входят детали:

• шлицевой профиль для установки и демонтажа муфты
• эластичная прокладка
• полимерная крышка
• пластина контактная, в которую вмонтирован сальник

Без крышки эксплуатация устройства синхронизации вращения запрещена категорически.

Что такое хабы на внедорожнике или муфты свободного хода

Что такое ХАБы для внедорожника

Ступичные муфты свободного хода (HUB) у внедорожника

HUB (ХАБ) в переводе с английского языка означает «ступица».

Не всегда в полноприводных машинах нужны активные все четыре колеса, например, при езде по городу это совсем не актуально. Но на современных внедорожниках установлены специальные системы, скажете вы, которые отключают передний привод. Так-то оно так, но эта функция зачастую не производит полного отключения от ступиц. Как результат и карданный вал, и полуоси не перестают вращаться. Происходит совершенно ненужный износ деталей, а также получаем снижение скорости и увеличение расхода топлива. Устанавливая в этом случае колесные хабы, можно рассчитывать, что это полностью предотвратит вращение привода переднего моста, а значит и негативные последствия.Существует три вида муфт свободного хода:

• Ручные.
• Автоматические.
• Вакуумные.

Что такое ручные хабы в автомобиле

Ручная муфта (HUB)

Ручные муфты считаются самыми надежными, но для их включения приходится выходить из машины.

Ручные муфты свободного хода имеют ручку переключения, которая находится на самом колесе, и для включения или отключения хаба приходится выходить на улицу. Это не совсем удобно, но зато данный вид самый надёжный и долговечный. Практически полностью исключается возможность отключения. Его конструкция очень проста. Ручка, возвратная пружина, поворотная втулка, шестерня подвижная, шестерня вала полуоси.

Автоматические ступичные муфты

Автоматическая ступичная муфта (HUB)

Автоматика позволяет включать муфты из салона автомобиля, но она быстро ломается из-за износа частей.

Автоматические муфты свободного хода изобретены для того, чтобы при переключении их водителю не пришлось выходить из машины. Для этого в машине устанавливаются рычаги или кнопка, которая позволяет включить и отключить муфту колеса прямо из салона машины. Это удобно, но данный вид хабов часто быстро выходит из строя из-за износа частей. Все же для тех, кто ездит часто по бездорожью лучше выбирать ручные хабы.

Вакуумные муфты

Вакуумная муфта (HUB)

Вакууумные ступичные муфты устанавливаются на большинстве новейших моделей внедорожников.

Принцип работы муфт свободного хода данного типа заключается в установке в них вакуумного насоса, который нагнетает или забирает воздух из колесной муфты, тем самым блокирует и разблокирует ступицу. И все бы хорошо в данной конструкции, но в момент разгерметизации сальников, насос начинает закачивать грязь и воду с дороги, в результате выводя из строя муфту. Данный вид хабов устанавливается на большинстве новейших моделей внедорожников.Муфты свободного хода применяются в основном роликовые. Но ролики не обеспечивают надежность передачи момента и расцепления на больших мощностях, свыше 4кВт. Поэтому сейчас широко применяются храповые муфты свободного хода, в которых вместо роликов стоят лепестки. Они то и обеспечивают надежное сцепление.Практически в любом автосервисе вы сможете установить колесные хабы, для чего нужны будут не очень большие затраты, которые впоследствии окупятся экономией бензина и снижением износа автозапчастей. 

ХАБЫ — Off-road drive.mp4

Пошаговая инструкция по замене механизма свободного движения

Заключение

Нецелесообразность ремонта обгонной муфты объясняется ее низкой стоимостью. В отдельных случаях выполняют мелкий ремонт в виде замены вкладышей или роликов.

Средний срок службы обгонной муфты составляет 100 000 км пробега

. Однако при интенсивной эксплуатации транспортного средства в тяжелых дорожных условиях срок может существенно сократиться. Поэтому при обнаружении одного из явных признаков неисправности механизма свободного движения необходимо провести диагностику всего генераторного узла и заменить изношенные детали на новые.

Как видим, в замене муфты нет ничего сложного. Но неопытному автолюбителю мы все же рекомендуем обратиться в специализированный автосервис.

Видео о том, как проверить муфту:

Еще пару десятилетий назад автомобили комплектовались стандартными генераторами, якорь которых приводился в движение через шкив и натяжной ремень от коленчатого вала двигателя, связывались между собой механизмы напрямую, жестко. Обгонная муфта генератора появилась в авто относительно недавно, внедрение этого устройства позволило сгладить передачу крутящего момента от ДВС, за счет чего ремни стали выходить из строя города реже, также увеличился ресурс и генераторных подшипников.

Хотя новшество и приносит определенную пользу, у него есть свои недостатки. Со временем этот узел изнашивается (в среднем ресурс составляет около 100 тыс. км), поэтому нуждается в периодической замене. Ремонтировать саму обгонную муфту генератора (ОМГ) довольно сложно, так как она считается неразборной деталью, хотя некоторые специалисты берутся перепрессовать подшипник. В этой статье мы рассмотрим, по какому принципу работает данный узел, насколько он важен в составе транспортного средства, и как производится его снятие или замена.

Применение

со встроенной храповой обгонной муфтой

Так работает обгонная муфта : — это ведущее звено, а — ведомое

Велосипедная втулка

Тормозная втулка заднего колеса велосипеда. Внутреннее кольцо обгонной муфты (поз. 6 вверху) посредством роликов заставляет вращаться внешнее кольцо (поз. 5 внизу) —

Обгонные муфты широко применяются в следующих устройствах:

• валоповоротные устройства турбоустановок. Обгонная муфта обеспечивает автоматическое зацепление ротора турбины с приводом ВПУ при снижении оборотов после отключения турбоагрегата и расцепление при наборе оборотов турбины после включения её в работу;
• сельскохозяйственные прицепы с от . Применение обгонных муфт позволяет избежать поломок трансмиссии трактора в случае, когда механика прицепа по какой-то причине не может вращаться с нужной частотой;
• механические кран-экскаваторы и подъёмные краны с двигателем внутреннего сгорания, оснащённые . Обгонная муфта не позволяет турбинному колесу и соответственно механизмам машины вращаться быстрее насосного, соединённого с двигателем;
• в задней втулке велосипедов (за исключением );
• в пусковых приводах многих . таких двигателей рассчитаны на достаточно низкую частоту вращения, необходимую только для запуска. Когда двигатель уже запустился и вышел на рабочие обороты, стартер необходимо отключить от него, что и выполняется обгонной муфтой даже в случае, когда ключ зажигания ещё находится в положении «пуск»;
• в радиоуправляемых автомоделях;
• вертолёты, самолёты, при ;
• в тракте движения бумаги принтеров и копировальных аппаратов;
• в механизмах безынерционных рыболовных катушек;
• в классического типа, где обеспечивают автоматическое перераспределение крутящего момента между звеньями планетарного ряда в момент включения (выключения) гидроуправляемых муфт и тормозов, что позволяет упростить процесс переключения передач (при переходе на высшую передачу не нужно плавно отключать муфты/тормоза низшей), сделать переключение более плавным, производить переключение без разрыва потока мощности и обеспечивать движение автомобиля накатом на низших передачах (на прямой и повышающей передачах обгонные муфты не работают). Для обеспечения возможности торможения двигателем обгонные муфты блокируют дополнительными гидроуправляемыми тормозами. Недостаток АКПП с обгонными муфтами — значительное увеличение размеров и массы и необходимость большого числа управляющих элементов (фрикционных муфт, тормозов). С развитием электронного управления АКПП переходные процессы при переключении передач обеспечиваются модуляцией управляющего давления в приводах фрикционных муфт и тормозов, с контролем проскальзывания, что позволяет плавно и без разрыва потока мощности переключать передачи без помощи обгонных муфт. Это позволяет снизить число управляющих элементов, размеры и массу АКПП. Для сравнения АКПП близких по размерам автомобилей Audi Q7 и Toyota Land Cruiser Prado 150 имеют по 6 передач, но у Audi нет обгонных муфт, а у Toyota — есть. При этом в АКПП Audi для всего 5 управляемых элементов, тогда как у Toyota — 8 плюс три обгонные муфты. В результате АКПП при сопоставимой мощности двигателей у Audi имеет массу на 30 кг меньше чему у Toyota. Но для работы без обгонных муфт с реализацией переходных процессов внутри фрикционов АКПП Audi требует специальной синтетической рабочей жидкости, специального керамического покрытия рабочих дисков муфт и тормозов и размещения электронного блока управления непосредственно в поддоне АКПП (для сокращения индуктивности и активного сопротивления электрических цепей управления высокоскоростными модулируемыми электромагнитными клапанами), тогда как АКПП Toyota, где переходные процессы происходят в обгонных муфтах, использует широко распространенную полусинтетическую рабочую жидкость, имеет хорошо зарекомендовавшее себя бумажное покрытие рабочих дисков, а электронный блок управления может быть соединен с АКПП достаточно длинными проводами;
• при отсутствующем или заблокированном переднем дифференциале, устанавливаются в передние колёса ряда гоночных автомобилей.

Что еще стоит знать об обгонных муфтах

Несмотря на простую конструкцию, муфты генераторов имеют ряд недостатков. Стоит сразу сказать, что муфты с роликовыми и храповыми механизмами имеют свои слабые места. Для начала поговорим о роликовых муфтах. Как уже было сказано, они имеют пазы с выталкивающими роликами. Это накладывает некоторые ограничения:

1. Механизм нельзя отрегулировать;
2. Он требует строгой соосности валов;
3. Его довольно сложно изготовить – геометрию каждого элемента нужно соблюдать.

Более простая, как на первый взгляд, храповая обгонная муфта должна иметь более серьезные минусы. Среди них:

1. Возможность возникновения ударов в момент зацепления собачки с зубьями. Это накладывает ограничения – подобный механизм нельзя использовать в узлах, вращающихся на большой скорости;
2. Повышенная шумность работы. Сегодня изготавливают муфты с собачками, движущимися по часовой стрелке и не задевающими храповое колесо, однако большая часть муфт по-прежнему имеют конструкцию с повышенной шумностью работы;
3. Зубья со временем истираются.

Практика успела показать, что муфты с храповым механизмом оказались более надежными, чем их роликовые аналоги

Что также важно, храповые муфты ремонтопригодны. Попытка отремонтировать устройства с роликами ничего не даст, так как само устройство является неразборным

Даже несмотря на все перечисленные недостатки, муфты обоих типов отличаются достойным эксплуатационным ресурсом и высокой надежностью. В среднем, их ресурс в километрах пробега составляет 100 тыс. км. При этом муфта действительно увеличивает срок службы всей ременной передачи. Ее замена обходится намного дешевле, чем покупка качественного ремня, роликов и натяжителя. Некоторые эксперты говорят, что ременной привод с приводом служит в 5-6 раз дольше привода без этого механизма. Кроме того, он, в целом, работает тише.

Где первый раз установили

Самый меньший ресурс ременной передачи был на дизельных вариантах (не больше 15000 км), у них большая скорость нарастания давления (больше крутящий момент), а также большее торможение коленвала на сжатии, нужно было что-то делать, именно эти агрегаты впервые обзавелись обгонными составляющими, которые прекрасно себя зарекомендовали.

Далее были машины представительского класса, а именно большие, объемные двигатели, с большим количеством электроники в салоне. Генераторы должны были быть массивнее, якоря тяжелее, инерция больше.

Сегодня же мы видим такие муфты практически на всех автомобилях, как говорится от «мало до велика». Действительно это очень нужный узел!

Для чего нужна обгонная муфта

В современных автомобилях очень много различных периферийных электрических и электронных устройств, которые раньше конструкция транспортного средства не предусматривала. Это и кондиционер, и система инжекторного впрыска топлива, и электронный блок управления. Вполне естественно, что потребление электрического тока бортовой сетью существенно увеличилось – его стало требоваться больше. А чтобы вырабатывать больше электричества, нужен генератор больших размеров.

Тут-то и кроется корень проблемы. Для вращения более тяжелого ротора необходимо куда большее усилие. Однако двигатель работает неравномерно: присутствуют небольшие паузы. Они обусловлены сутью функционирования цилиндров. Невооруженным глазом их не заметить – продолжительность составляет всего несколько миллисекунд. Но на работе генератора они сказываются:

• из-за неравномерной нагрузки на передаточный ремень он быстро изнашивается;
• по причине неравномерного вращения ротора возможны скачки напряжения в бортовой электросети.

Таким образом, после того, как генераторы стали более мощными и тяжелыми, возникла потребность в стабилизации их работы. В качестве детали, которая предназначена для того, чтобы сделать вращение более ровным, стали использовать обгонную муфту. На самом деле это далеко не новое изобретение. Она широко применяется в велосипедах для того, чтобы педали не вращались во время движения по инерции. Теперь ее стали применять и в автомобилях. Ранее она тоже в них использовалась, только устанавливали ее не в генератор, а в стартер.

обгонная муфта

Замена обгонной муфты

Замену можно осуществить самостоятельно, но только если
есть специальный ключ, которым ее можно отвернуть от генераторного шкива. Следует
приготовиться к тому, что понадобится заменить и компрессор кондиционера, но
такое решение может принять только специалист.

Стара и новая обгонные муфты генератора

Менять муфту нужно при обнаружении любых признаков ее
износа – а также вместе с якорем генератора и «расходниками».

Какие инструменты пригодятся?

Нужны специальные инструменты. Элемент крепления
муфты разглядеть сложно, так как он имеет потайную головку и защищен колпачком.
Только после демонтажа защиты можно обнаружить внутренние шлицы, в которые вставляется
ключ.

Но снять ОМГ не
всегда получается даже при наличии специального инструмента. В некоторых
автомобилях между генератором и кузовом настолько мало места, что ключ не
помещается. В этом случае рекомендуется прежде снять генератор. Иногда
отвернуть крепеж сложно из-за слишком туго закрученной гайки. Если открутить не
получается никак, используйте пневмогайковерт.

Составляющие специального ключа, с помощью которого
можно снять ОМГ:

• Двухсторонняя бита. На одном ее конце находится шестигранник, на
  втором — головка с переходником под вороток. Это устройство предназначено,
  чтобы удерживать шкив от прокручивания.
• Насадка с многогранником с внешней стороны. Другая сторона насадки
  оснащена шестигранником для откручивания крепежа.

Кроме этого, для снятия ОМГ могут понадобиться такие
инструменты:

• вороток Torx 8;
• ключ на 17;
• головка АТА-0415;
• ключ на 14.

Как снять?

На некоторых автомобилях снятие муфты можно провести
на месте, генераторный узел при этом не демонтируется. Но это возможно только
при наличии свободного пространства, позволяющего добраться до механизма.

Процедура
должна выполняться в следующем порядке:

• Отсоединяется минусовая клемма от аккумуляторной батареи.
• Снимается штуцер патрубка.
• Демонтируется бочок абсорбера, снимается шланг.
• После снятия бочка демонтируется ремень генератора. Придется
  ослабить гайку, крепящую натяжной ролик.
• Для снятия лучше использовать шестигранную биту. С его помощью открутите
  муфту.

Но как открутить
ОМГ, если он никак не поддается? Для этого придется демонтировать и разобрать
генератор, предварительно зажав его в тисках.

Как поставить новую?

Установка производится от обратного. Не нужно закручивать
слишком туго. Обязательно должны быть установлены защитный колпачок и крышка.
Если этим пренебречь, то внутрь механизма со временем попадет грязь, что
неминуемо приведет к выходу из строя деталей узла.

Сравнение размеров обгонной муфты

Можно ли отремонтировать?

Как правило, обгонные муфты не ремонтируют, их просто
меняют на новые. И все же ремонт ОМГ возможен, но сделать это под силу только
профессионалам.

Муфта начинает буксовать даже при незначительном
износе внутренней поверхности, которая шлифуется во время ремонта. Вкладыши
также шлифуют или меняют на новые — все зависит от степени износа. На небольших
муфтах, не имеющих вкладышей, меняют ролик. Вкладыши шлифуются на станке с
использованием специального приспособления. Шлифовка производится в сборе со
звездочками.

Во время сборки важно добиться четкого заклинивания
роликов. При монтаже нужно достичь соосности деталей

Движение муфты после
сборки должно быть плавным.

Когда появляются симптомы поломки ОМГ, важно сразу
провести диагностику всего узла и после этого принимать решение о целесообразности
его замены. Конечно, замену можно провести и самому, но если навыков не
хватает, то лучше откажитесь от самостоятельного вмешательства

Примеры использования

Торцевые гаечные ключи и отвертки

Торцевые гаечные ключи, оснащенные храповым механизмом, ещё называют трещотками. В самом простом варианте конструкции в трещотку стовят по две собачки. Поворотом рычажка можно либо отворачивать гайку, либо её закручивать, не вынимая ключа на каждом обороте, как с обычным инструментом.

Socket Wrench Animation

Торцевые гаечные ключи с храповым механизмом

Кабельные стяжки

Кабельные стяжки делают из пластика одной деталью. Собачка прижимается к зубчатой пластине силой упругости. После затягивания стяжка не ослабляется даже при очень большом усилии.

Храповой механизм кабельной стяжки

Противооткатные устройства

Изначально противооткатные устройства с храповым механизмом начали использовать на железной дороге в горах Пенсильвании, США, при перевозке угля примерно с 1846 года. Чтобы груженый состав по крутому склону не откатился назад в случае отказа двигателя паровоза, на вагонах устанавливались «собачки».

Позже эта схема нашла применение на американских горках, чтобы в случае отключения электричества поезд с любителями острых ощущений не покатился назад.

Противооткатное устройство тележки на американских горках

Лебедки

Лебедки – это механизм для перемещения предметов с помощью каната. Электрическую лебедку устанавливают во внедорожники, чтобы вытянуть из трясины застрявший автомобиль.

Чтобы натянутый трос не разматывался с барабана используют храповой механизм. Примеры его использования на ручных лебедках можно увидеть на этих фотографиях.

Храповой механизм в ручных лебедках

Обгонная муфта велосипеда

Обгонную муфту (англ. overrunning clutch) также называют муфтой свободного хода. Она позволяет предотвратить передачу крутящего момента от ведомого вала (колеса) к ведущему (на цепь и педали), если ведомый вал начинает вращаться быстрее. Например, после прекращения вращения педалей без муфты свободного хода колеса продолжали бы раскручивать цепь и педали, как это было в первых велосипедах. То же самое было бы при спуске с горки.

Впервые обгонную муфту с простейшим храповым механизмом запатентовал в 1869 году Уильям Ван Анден из Покипси, штат Нью-Йорк, США. В обгонной муфте Ван Андена храповик был встроен в ступицу переднего колеса велосипеда.

Примерная схема муфты свободного хода (обгонной муфты) с храповым механизмом Ван Андена

Почти все современные велосипеды – заднеприводные. Обгонная муфта в них встраивается в заднюю втулку или заднюю звездочку. Обгонные муфты с храповым механизмом издают характерный звук и их еще называют велотрещотками.

Ratchet mechanism 5

Пример работы муфты свободного ходаМуфта свободного хода с храповым механизмом в задней звездочке велосипеда

Обгонная муфта стартера автомобиля

Механизм свободного хода с храповиком используется в стартерах автомобилей как защитное устройство. Стартер – это механизм, который с помощью электромотора запускает двигатель внутреннего сгорания, вращая его коленвал через маховик.

Скорость вращения ведомого зубчатого колеса стартера невысокая – может быть около 3000 об/мин. После запуска двигатель на холостом ходу развивает около 1000 об/мин. Но передаточное отношения стартер-маховик из-за разности диаметров зубчатых колес может достигать значения 20:1. Т.е. запущенный двигатель на холостых оборотах может раскрутить электромотор стартера до 20 000 об/мин.

Чтобы стартер не вышел из строя после запуска двигателя на него ставят обгонную муфту.

Стартер автомобиля

Коробка передач автомобиля

В данном примере собачка храпового механизма используется для перевода автоматической коробки передач в режим парковки.

Храповик в автоматической коробке передач автомобиля

Как определить, что муфта вышла из строя

С обгонным элементом, по мнению некоторых экспертов, ресурс вырос примерно в 5 — 6 раз. Ушла вибрация (связанная с ослабление ремня), инерционная нагрузка на другие элементы в системе, стало заметно меньше шума. Одни плюсы!

Но стоит помнить что муфта не бесконечная, она как любой другой подшипник изнашивается и как правило ее сразу «клинит».

Чем чревато если ее заклинит? ДА собственно ременная передача превращается в обычную, как было лет так 20 – 30 назад, то есть нет нивелирования инерции, проскальзывания, ИНОС ремня увеличивается в разы. А если он у вас уже итак изношен (ведь зачастую пробег больше 100 тысяч), то есть очень быстро порвет. Кстати быстро умрет и его «натяжитель».

Первые признаки это:

• Ременная передача начинает прыгать. То есть если раньше все было ровно, то сейчас ее просто «колбасит», это не с чем не перепутать.
• Зачастую с утра начинается пронзительный свист или писк.
• Появляются щелчки «натяжителя»

После того как снимете проверка такая, стопорим якорь (можно сделать отверткой через верхнюю крышку). В одну сторону она вращаться не должна (стопор отверткой), а вот в другую должна легко вращаться. Если такого не происходит, вышла из строя. Смотрим подробное видео.

Однако есть и другая, менее распространенная поломка – когда муфта «не стопорится», а всегда крутится в обе стороны, то есть она практически не связывает якорь и внешнюю обойму. В этом случае диагностика намного сложнее, только при съеме генератора. Понять что дело именно в этом узле крайне сложно, но косвенной причиной будет недозаряд аккумулятора либо мерцание значка АКБ на панели приборов.

Если не сменить обгонный элемент? У вас так и будет рвать ремень через очень короткий промежуток времени, ведь якоря современных генераторов достаточно массивные. По утрам так и будет свист, будут проявляться непонятные вибрации.