マルチプレートフリクションクラッチの装置と動作原理
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多くの SUV と四輪駆動トランスミッションにさまざまな変更を加えた一部の乗用車の技術的特性の説明では、多板クラッチの概念を見つけることができます。 この摩擦要素は、いわゆるプラグイン全輪駆動の一部です。 この要素の操作により、必要に応じて、非アクティブな軸を先頭の軸にすることができます。 この設計は、たとえば、xDrive システムで使用されます。 別の記事.
自動車に加えて、多板クラッチは、XNUMX つの異なるメカニズム間で動力の取り出しが行われるさまざまな機械装置でうまく使用されています。 このデバイスは、XNUMX つのメカニズムのドライブをレベリングおよび同期する移行要素としてインストールされます。
このデバイスの動作原理、種類、およびそれらの長所と短所を考慮してください。
クラッチのしくみ
マルチプレートフリクションクラッチは、被駆動機構がマスターから電力を奪うことを可能にする装置です。 そのデザインにはディスクパックが含まれています（摩擦とスチールタイプの部品が使用されています）。 メカニズムの動作は、ディスクを圧縮することによって提供されます。 多くの場合、自動車では、このタイプのクラッチがデフロックの代わりに使用されます（このメカニズムについて詳しく説明します）。 別のレビューで）。 この場合、それはトランスファーケースに取り付けられています（それが何であるか、そしてなぜそれがトランスミッションに必要なのかについて、読んでください ここで）そして、トルクが非アクティブなホイールに伝達され、トランスミッションがそれらを回転させ始めるために、XNUMX番目の車軸の従動シャフトを接続します。 しかし、より単純なバージョンでは、そのようなデバイスはクラッチバスケットで使用されます。
これらのメカニズムの主なタスクは、XNUMX つの実行中のユニットを接続/切断することです。 ドライブディスクとドリブンディスクを接続する過程で、ドライブユニットの出力が徐々に増加することで、クラッチがスムーズに発生します。 それどころか、トルクが最大許容値を超えると、安全クラッチがデバイスを切断します。 このようなメカニズムは、ピーク負荷が解消された後、ユニットを独立して接続できます。 このタイプのカップリングの精度が低いため、それらは、多くの場合、しかし短期間、適切な過負荷が形成されるメカニズムで使用されます。
このメカニズムの動作原理を理解するには、ギアボックス (機械またはロボット) のクラッチ、またはクラッチ バスケットがどのように機能するかを覚えておけば十分です。 車のこのユニットの詳細が説明されています 別々に... つまり、強力なスプリングがディスクをフライホイールの表面に押し付けます。 これにより、パワーユニットからギアボックスの入力軸に動力が伝達されます。 このメカニズムは、トランスミッションを内燃機関から一時的に切り離すために使用され、ドライバーは希望のギアにシフトすることができました。
マルチプレート クラッチとロッキング ディファレンシャルの主な違いは、検討中のメカニズムがドライブ シャフトとドリブン シャフトのスムーズな接続を提供することです。 その作用は摩擦力によって行われ、ディスク間の接着力が強く、動力がドリブンユニットに伝えられます。 ディスクを圧縮する装置に応じて、強力なスプリング、電動サーボ、または油圧機構によってディスクに圧力を加えることができます。
トルク係数はディスクの圧縮力に正比例します。 ドリブン シャフトへの動力伝達が始まると (各ディスクが徐々に互いに押し付けられ、クラッチがドリブン シャフトをねじり始める)、アクチュエータ間の摩擦により、セカンダリ メカニズム シャフトに作用する力がスムーズに増加します。 加速はスムーズ。
また、トルク力はクラッチのディスク数によって異なります。 マルチディスクビューは、接触要素の接触面が増えるため、電力をセカンダリノードに転送する効率が高くなります。
デバイスが正しく動作するためには、ディスクの表面間にギャップを維持する必要があります。 エンジニアは、メカニズムが効果的にトルクを伝達するために適用する必要がある力を計算するため、このパラメーターはメーカーによって設定されます。 ディスク クリアランスが指定されたパラメーターよりも小さい場合、ドライブ ディスクは駆動要素も回転させ、それらが機能する必要はありません。
このため、ディスクのコーティングはより早く摩耗します（どのくらいの速さでギャップのサイズに依存します）。 しかし、ディスク間の距離が長くなると、必然的にデバイスの早期摩耗につながります。 その理由は、ディスクがそれほど力で押されず、回転力が増加するにつれて、クラッチがスリップするためです。 修理後のカップリングの正しい操作の基本は、部品の接触面間の正しい距離を設定することです。
デバイスと主要コンポーネント
そのため、クラッチは鉄骨構造で構成されています。 その中にはいくつかの摩擦ディスクがあります（これらの要素の数は、メカニズムの変更と、伝達する必要のあるモーメントの強さによって異なります）。 これらのディスクの間に対応するスチールが取り付けられています。
摩擦要素は、滑らかな鋼の類似体と接触しており (場合によっては、すべての接触部分に対応するスパッタリングがあります)、コーティング材料によって提供される摩擦力 (セラミックの使用は許容されます。 セラミックブレーキで、ケブラー、複合炭素材料など) を使用すると、メカニズム間で必要な力を伝達できます。
このようなディスクの変更の最も一般的な変更は、特殊なコーティングが施された鋼です。 同様のオプションはそれほど一般的ではありませんが、高強度のプラスチックでできています。 ディスクの XNUMX つのグループはドライブ シャフトのハブに固定され、もう XNUMX つのグループはドリブン シャフトに固定されます。 摩擦層のない滑らかなスチール ディスクが従動軸ドラムに固定されています。
ピストンとリターン スプリングは、ディスクを互いにしっかりと押し付けるために使用されます。 ピストンは、駆動圧力 (油圧または電気モーター) の作用下で動きます。 油圧バージョンでは、システム内の圧力が低下した後、スプリングがディスクを所定の位置に戻し、トルクの流れが停止します。
あらゆる種類の多板クラッチには、次の XNUMX つのタイプがあります。
- 乾燥しました..。 この場合、ドラム内のディスクの表面は乾燥しているため、パーツ間の最大摩擦係数が達成されます。
- ぬれた... これらの改造は少量のオイルを使用します。 潤滑剤は、ディスクの冷却を改善し、メカニズムの部品を潤滑するために必要です。 この場合、摩擦係数の大幅な減少が観察されます。 この欠点を補うために、エンジニアは、ディスクをより強く押すそのようなクラッチにより強力なドライブを提供しました。 さらに、部品の摩擦層には、最新の効率的な材料が含まれます。
ディスクフリクションクラッチにはさまざまな種類がありますが、動作原理はすべて同じです。フリクションディスクはスチールアナログの表面に強く押し付けられているため、さまざまなユニットやメカニズムの同軸シャフトが接続されています。 /切断されました。
建設に使用される材料
伝統的に、スチールディスクは防食剤でコーティングされた高合金鋼から作られています。 現代の車両では、カーボン複合材料またはケブラーから作られたオプションを使用できます。 しかし、今日最も効果的なのは、従来の摩擦オプションです。
メーカーはさまざまなコンポーネントを使用してそのような製品を製造していますが、ほとんどの場合、これらは次のとおりです。
- Retinax... このような材料の組成には、バライト、アスベスト、フェノール-ホルムアルデヒド樹脂、真鍮の削りくずが含まれます。
- トリボナイト... この材料は、いくつかの石油製品と複合材料の混合物から作られています。 このような製品は、酸化反応に対してより耐性があり、そのため、デバイスは高湿度条件で動作することができます。
- プレスコンポジット... 製品の完全性を保証する重要なコンポーネントに加えて、この材料には高強度の繊維が含まれており、製品の寿命を延ばし、早期の摩耗を防ぎます。
部品リリースフォーム
前述のように、マルチプレートクラッチは少なくともXNUMXつのディスクで構成されています。 これらは、特殊なコーティングが施されているか、摩擦ライニングが固定されているプレートの形で製造された製品です（上記の材料も製造されています）。 ユニットの不整合な結合を提供する可能性のある部品の非標準の変更もあります。
種の多様性
多板クラッチが使用されるメカニズムに応じて、設計の異なる改造を取り付けることができます。 それらの際立った特徴は何かを考えてみましょう。 つまり、サイズ、形状、接触ディスクの数、およびデバイスが伝達できるトルクが互いに異なります。
すでに気付いたように、デバイスの主な要素はディスクであることがほとんどです。 ただし、代替として、必要なアクションに応じて、ドラム、テーパーまたは円筒形のパーツを使用できます。 たとえば、ユニットのシャフトが整列していない場合など、非標準モードでトルクが伝達されるユニットでも同様の変更が使用されます。
ディスク
このタイプのカップリングが最も一般的です。 このような変更の設計では、ドライブシャフトが固定されているドラムがあります。 摩擦アナログは、駆動軸に固定された鋼製ディスクの間に取り付けられています。 これらの各キットは、スタンド (または複数のタイ) を使用して XNUMX つのユニットに取り付けられます。
ディスク カップリングの使用にはいくつかの特徴があります。
- まず、複数のドライブを使用して信頼性と効率を向上させることができます。
- 第二に、ディスクの設計は複雑になる可能性があるため、それらの製造にはさまざまな追加の無駄が伴う可能性があり、そのため、視覚的に同一の要素に対して幅広い価格があります。
- 第三に、これらの要素の利点の XNUMX つは、部品の寸法が小さいことです。
コニカル
コーンカップリングは、クラッチ機構でよく使用されます。 これは、さまざまな駆動装置で使用される変形であり、一定の基準で、大量のトルクが駆動要素から被駆動要素に伝達されます。
この機構の装置は、プレートで接続されたいくつかのドラムで構成されています。 エレメントをリリースするフォークはサイズが異なります。 この変更の特徴は、デバイスの被駆動部分のプレートが強く回転でき、指が特定の角度でメカニズムに取り付けられていることです。
カップリングのこれらの変更の機能は次のとおりです。
- トルク上昇の最大の滑らかさ。
- 高い付着率;
- この設計により、短時間であれば、嵌合ユニットの回転速度を調整できます。 これを行うには、摩擦要素の押す力を変更する必要があります。
高効率にもかかわらず、この製品は構造が複雑であるため、メカニズムのコストは以前のアナログに比べてはるかに高くなります。
円筒形
この変更は車では非常にまれです。 それらはタップで最もよく使用されます。 装置内の駆動ドラムの幅は大きく、ラックはさまざまなサイズにすることができます。 タイピンも大きく、機構には複数のベアリングを組み込むことができます。 このタイプのカップリングの特徴は、重い負荷に耐えることができることです。
このような製品の製造には、高温に耐える材料が使用されます。 これらのメカニズムの主な欠点は、サイズが大きいことです。
マルチディスクビュー
すでに述べたように、多板クラッチは自動車によく使用されます。 このような要素のデバイスには、XNUMX つのプレートが配置されている XNUMX つのドラムが含まれています。 タイピンにはガスケットが装着されています。 デバイスのモデルによっては、構造内で複数のサポートが使用される場合があります。 XNUMXつのスプリングオプションがあります。 彼らは素晴らしいダウンフォースを提供し、フォークは直径が大きいです。 多くの場合、これらのタイプのカップリングはドライブに取り付けられています。 この摩擦要素のボディはテーパーになっています。
カップリングのこの変更により、性能を犠牲にすることなく、デバイスの半径方向の寸法を縮小することができます。 この変更に適用される主な要因は次のとおりです。
- これにより、デバイスの半径方向の寸法を縮小できますが、同時にメカニズムの生産性も向上します。
- このようなデバイスは、貨物輸送でうまく使用されています。
- 摩擦要素の数により、摩擦力を増やすことができます。これにより、より大きな力のトルクを伝達することができます（デバイスの厚さは無制限にすることができます）。
- このようなクラッチは、乾式または湿式 (潤滑摩擦ディスク付き) です。
シングルドラムタイプ
この変更では、XNUMXつまたは複数のプレートがドラムの内側に配置されます。 ダウンフォースはバネ仕掛けのピンで調整されます。 一部の車種でも同様のメカニズムが使用されていますが、クレーンで使用されることがよくあります。 この理由は、重い車軸荷重に耐える能力です。
構造内の包含プラグは、そのベースの近くに取り付けられています。 フリクションディスクが先頭に立っており、ドリブンディスクは研磨されており、高速で回転することができます。 これらの製品の機能は次のとおりです。
- 小さいサイズ;
- 摩擦または研磨材の欠如（ほとんどの品種で）;
- この設計により、デバイスの動作中の加熱を減らすことができます。
- フリクションアナログを使えばトルクアップが可能。
複数リールタイプ
多くの場合、摩擦式の安全クラッチがあり、その設計にはいくつかのドラムが含まれています。 このタイプのデバイスの利点には、高いダウンフォース、高品質の強調、および重い負荷に対処する能力が含まれます。 これらの変更では、オーバーレイはめったに使用されません。
複数のドラムを備えたモデルは大きなピニオンギアを使用しますが、一部のモデルはテンションピンとダブルラックを使用します。 接続プラグはデバイスの前面にあります。
これらのデバイスの変更は、接続が遅いため、ドライブでは使用されません。 いくつかのメーカーは、リリースディスクを使用するマルチドラムモデルのバージョンを開発しました。 このデザインでは、ステムは水平で、指は小さいです。
これらの変更には大きなダウンフォースがあります。 ドラムは一方向にのみ回転します。 ドライブディスクは、リリースプレートの前または後ろに配置できます。
ブッシング
この変更はクラッチでのみ使用されます。 ドライブトレインに取り付けることができる場合もあります。 それらはタイピンが取り付けられているリリーススプリングを使用しており、内部にはいくつかのパーティションがある場合があります。 機構の各プレートは水平に配置され、ブッシングはパーティション間に取り付けられています（さらに、ダンパーとして機能します）。
カップリングのこの変更の欠点は、ディスクの圧縮が弱いことです。 それでも、シャフトの強い回転は許可されてはなりません。 これらの理由により、このカテゴリのデバイスはドライブでは使用されません。
フランジ付き
フランジカップリングの利点は、ドラムがあまり摩耗しないことです。 ディスクはラックの後ろに固定されています。 製品内部の仕切りは小さいです。 ラックを一箇所に配置できるように、特殊なプレートで固定されています。 通常、このようなカップリングのばねは、構造の下部に取り付けられます。 一部の変更は、ドライブと組み合わせることができます。 ドライブシャフトはプラグでデバイスに接続されています。 ワイドスクイーズディスクを使用するオプションがある場合があります。 このメカニズムはサイズが小さく、本体は円錐形に作られています。
フランジカップリングは、取り付けと保守が簡単です。 このような製品は、長寿命と高い信頼性を備えています。 そのようなデバイスの普及にもかかわらず、それらは常にインストールされているわけではありません。
連結式
カップリングのこの変更は、さまざまな電力のドライブで使用できます。 このようなメカニズムの設計では、広いパーティション（ノッチがある場合があります）と短い指を使用します。 ディスクはプレートのベースに固定されています。 このタイプのデバイスの本体は、要素の寸法に応じて、さまざまなサイズにすることができます。 締め付けピンはラックの前に取り付けられています。
このような装置によるパワーテイクオフは、ドラムの寸法に直接依存します。 多くの場合、その壁は広いです。 鋭利化とヒンジの使用により、そのエッジはディスクと接触しません。
カム
このタイプのカップリングは、産業機械で使用されます。 ほとんどの改造は重い負荷に耐えることができますが、これはドラムの寸法に依存します。 ドラムが仕切りで固定されているものもあり、デザインにプレートが含まれている場合もあります。 パーツをまとめるために、ボディは円錐形に作られています。
最も一般的な変更は、スクイーズディスクを使用することです。 この場合、ドラムは小さくなります。 このモデルのフォークはロッドに接続されています。 一部のタイプのクラッチは、これらのタイプのカップリングを使用します。 タイピンの固定（小さな部品が使用されます）は、パーティションのベースの近くで行うことができます。 これらのタイプのカップリングの利点は、ドリブンドラムが実際に摩耗しないことです。
このような変更の動作原理は次のとおりです。
- ドライブがトリガーされると、一方のカップリングの半分にあるカムが、もう一方のカップリングの半分の突起に入ります。 XNUMX つの要素の接続は厳密です。
- 作業部品は、スプライン接続を使用して軸に沿って移動します（スプラインの代わりに、別のガイド要素を使用することもできます）。
- 機構の摩耗を少なくするための可動部は、従動軸に取り付ける必要があります。
カムが三角形、台形、長方形である変更があります。 カムは硬化鋼でできているため、重い負荷に耐えることができます。 場合によっては、非対称プロファイルが使用されることがあります。
ドライブオプション
駆動機構には、このようなマルチプレートクラッチが使用され、XNUMXつと複数のドラムの両方を使用できます。 これらのバージョンでは、ステムは小さなシャフトへの取り付けに適しています。 ドラムは水平に配置されています。 これらのカップリングの多くは、アルミニウムディスク（またはそれらの合金）を使用しています。 また、そのようなメカニズムは、バネ仕掛けの要素を使用することができます。
古典的な場合、駆動クラッチには XNUMX つの拡張ディスクがあり、その間にプレートが取り付けられています。 装置のロッドの後ろにブッシュが取り付けられています。 ドラムが早期に磨耗するのを防ぐために、メカニズムの設計はベアリングの存在を提供します。
高出力設備で使用されるモデルは、わずかに異なる設計になっています。 スクイーズディスクの近くにバッフルを設置し、従動ドラムを幅広のラックに固定します。 スプリングにはタイを装備できます。 フォークはベースに固定されています。 一部改造のボディはテーパード。 メカニズムのデバイスには、小さな作業プレートを含めることができます。
袖指
フィンガーブッシュカップリングも一般的です。 それらは様々なメカニズムの構築に使用されます。 この変更の機能には、次の要素が含まれます。
- ほとんどの場合、これらの製品は特定の基準に従って製造されているため、特定のムーブメントに適したモデルを簡単に選択できます。
- このメカニズムを設計するとき、インターネットから詳細な図面のいくつかのオプションをダウンロードできます。
- カップリングの目的に応じて、さまざまな材質を使用できます。
通常、これらのタイプのカップリングはヒューズとして使用されます。
摩擦
摩擦クラッチは、駆動軸と従動軸の回転速度に関係なく、スムーズなトルク伝達を確保する必要があるメカニズムに使用されます。 また、この変更は負荷の下で動作することができます。 メカニズムの効率の特徴は、最大限のパワーテイクオフを保証する高い摩擦力にあります。
摩擦クラッチの特徴には次のようなものがあります。
- ディスクの結合時に滑りを伴ってスムーズに噛み合うため、衝撃荷重がありません。 これがこの変更の主な利点です。
- それらの間のディスクの強い圧力により、滑りが減少し、摩擦力が増加します。 これにより、シャフトの回転数が同じになるまで、被駆動ユニットのトルクが増加します。
- ドライブシャフトの回転速度は、ディスクの圧縮力を使用して調整できます。
これらの利点にもかかわらず、摩擦クラッチには重大な欠点もあります。 そのうちの XNUMX つは、接触ディスクの摩擦面の摩耗の増加です。 さらに、摩擦力が増加すると、ディスクが非常に熱くなることがあります。
利点と欠点
マルチプレート クラッチの利点は次のとおりです。
- コンパクトなデザイン寸法。
- このようなカップリングが使用されるユニット自体も小さくなります。
- トルクアップのために巨大なディスクを取り付ける必要がありません。 このため、メーカーは複数のディスクを備えた特大のデザインを使用しています。 このおかげで、適度なサイズで、デバイスはトルクの適切な指標を伝達することができます。
- ドライブシャフトへの動力供給はガタガタすることなくスムーズに行えます。
- XNUMX軸の同一平面接続（同軸接続）が可能です。
しかし、このデバイスにはいくつかの欠点もあります。 この設計の最大の弱点は、ディスクの摩擦面であり、自然なプロセスで時間とともに摩耗します。 しかし、ドライバーが車を加速するときや不安定な路面でアクセル ペダルを急激に踏む癖がある場合、クラッチ (トランスミッションに装備されている場合) はより早く摩耗します。
湿式カップリングの場合、オイルの粘度はディスク間の摩擦力に直接影響します。潤滑剤が厚くなるほど、接着性は悪化します。 このため、多板クラッチを備えた機構では、オイルを適時に交換する必要があります。
カップリングアプリケーション
マルチプレートクラッチは、さまざまな車両システムで使用できます。 この装置に装備できるメカニズムとユニットは次のとおりです。
- クラッチバスケット内（これらはトルクコンバーターのないバリエーターの変更です）。
- 自動変速機 - このユニットでは、クラッチが遊星歯車にトルクを伝達します。
- ロボットギアボックス内。 ここでは古典的なマルチプレートクラッチは使用されていませんが、ダブルドライまたはウェットクラッチは同じ原理で機能します（事前選択ギアボックスの詳細については、以下を参照してください）。 別の記事で);
- 全輪駆動システムで。 多板クラッチはトランスファーケースに内蔵。 この場合、このメカニズムはセンター デフ ロックの類似物として使用されます (このデバイスをロックする必要がある理由の詳細については、 別々に）。 この配置では、二次車軸を接続する自動モードは、従来のデフロックの場合よりも柔らかくなります。
- 差動のいくつかの変更。 このような機構で多板クラッチを使用すると、装置が完全にまたは部分的にブロックされます。
したがって、古典的なメカニズムが徐々に油圧、電気、または空気圧のアナログに置き換えられているにもかかわらず、多くのシステムでは、物理法則に基づいて機能する部品の存在を完全に排除することはまだできていません。たとえば、摩擦力。 それを証明するのが多板摩擦クラッチです。 設計がシンプルなため、依然として多くのユニットで需要があり、より複雑なデバイスに取って代わることもあります。
これらの要素は常に修理または交換が必要であるにもかかわらず、メーカーはそれらをより効率的なものに完全に置き換えることはできません。 エンジニアが行ったことは、製品の耐摩耗性を向上させる他の材料を開発することだけでした。
レビューの最後に、摩擦クラッチに関する短いビデオを提供します。
フリクションクラッチの修理
フリクションクラッチの改造や目的によっては、新品を購入するのではなく修理することができます。 デバイスの製造元がそのような可能性を提供している場合は、まず、摩耗した摩擦層を除去する必要があります。 リベットまたはエポキシを使用して基板に固定できます。 解体後、ベースの表面に接着剤の残留物を十分に除去するか、バリがある場合は研磨する必要があります。
摩擦材の摩耗は、接続部の滑りに苦労して発生するため、リベットを使用して新しいライニングを取り付けるのではなく、カップリングの金属ベースにエポキシ材料を使用して接続する方がはるかに実用的です。高温での操作。
摩擦材をリベットで固定すると、この層が摩耗するため、リベットが接続されたディスクの金属加工面に付着し、使用できなくなる可能性があります。 ベースの摩擦層を確実に固定するために、VS-UT接着剤を使用できます。 この接着剤は、有機溶剤に溶解した合成樹脂で構成されています。
この接着剤のフィルムは、摩擦材料の金属への確実な接着を提供します。 フィルムは耐火性であり、水、低温、および油製品への暴露による破壊を受けません。
クラッチを修理した後、摩擦層が金属ディスクの作業面に完全に接触することを確認する必要があります。 このために、赤い鉛が使用されます-オレンジ色の塗料。 接触点は、クラッチ摩擦要素の面積に完全に対応している必要があります。 動作中に、低品質または損傷した摩擦要素が圧力ディスクの表面を損傷した場合（引っかき傷、バリなどが発生した場合）、摩擦パッドの修理に加えて、作業面も研磨する必要があります。 そうしないと、フリクションライニングがすぐに摩耗します。
質問と回答：
フリクションクラッチとは何ですか？ このような要素は、摩擦と滑らかな表面を備えたディスクによって、XNUMXつのメカニズムの接着を保証します。 このような接続の典型的な例は、クラッチバスケットです。
ディスククラッチはどのように機能しますか？ メインディスクを備えたドライブシャフトが回転し、ドリブンディスク/ディスクが強力なスプリングによってドライブシャフトに押し付けられます。 摩擦力による摩擦面は、ディスクからギアボックスへのトルクの伝達を提供します。
フリクションクラッチが接続するとどうなりますか？ 摩擦クラッチが接続されると、機械的エネルギー（トルク）を吸収し、それをメカニズムの次の部分に伝達します。 これにより、熱エネルギーが放出されます。
マルチプレートフリクションクラッチとは何ですか？ これはメカニズムの変更であり、その目的はトルクを伝達することです。 このメカニズムは、ディスクのパック（XNUMXつのグループは鋼で、もうXNUMXつのグループは摩擦）で構成されており、互いにしっかりと押し付けられています。
