Обгонная муфта

Что такое свитч?

Свитч, хаб и другие сетевые устройства имеют хоть и незначительные, но принципиально важные отличия. Свитч (или переключатель) – это устройство, позволяющее делить сеть на определенные участки, в которые могут входить отдельные концентраторы первого уровня. Являясь сетевым устройством второго уровня (т. е. находясь над хабом), переключатель может принимать сигнал на один из портов, а потом передавать его дальше уже целому сегменту сети через другой подключенный порт. В этом случае деление информации уже происходит по специальным mac-адресам сетевых устройств. При этом «переключение» сигнала может идти на отличные типы соединений, например, с Ethernet на Token Ring или 10/100Base-T и наоборот.

Использование свитча вместо хаба ускорит процесс работы сети, так как предоставит уже не узкий одинарный проход, а целый широкополосный доступ для передачи информации. Также его использование создает определенный потенциал для развития и расширения ресурсов сети.

Свитчи могут быть как 2-, так и 20-, 40-портовые и более. При этом опционально могут содержать специфические порты для принтеров, сканеров и других устройств, в зависимости от необходимости.

Что такое хаб и что такое свитч — уже понятно. Но есть один большой недостаток у них, а именно – при выходе созданной сети в глобальную сеть Интернет у пользователей не будет возможности получать равноправный по скорости доступ, так как если один из них запустит тяжелое приложение, использующее интернет, то другие получат сильное падение скорости. Эти устройства не умеют делить скорость интернета. Выходом из ситуации может стать использование маршрутизатора или специальных административных правил на центральном сервере сети, искусственно ограничивающих скорость для каждой ячейки сети.

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 хода

Муфта 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

Зачем нужна и как работает

Этот механизм называется — обгонной муфтой. Устанавливается на шкив генератора, имеет не большой корпус (есть очень компактные модели).

Конструкция и принцип работы очень прост, есть две обоймы внешняя и внутренняя:

• Внешняя — находятся в зацеплении со шкивом
• Внутренняя – находится в зацеплении с якорем (валом) генератора

Между двумя этими обоймами располагается слой из нескольких «уровней» специальных роликов. Один — это слой игольчатых подшипников, другой – это специальные профилированные фигуры, которые «катаются» по своей обойме – выполняют роль стопорного устройства.

Собственная основная рабочая нагрузка идет именно на «стопорные ролики». Когда в момент воспламенения топлива в цилиндрах коленвал начинает разгонять внешнюю обойму, то эти стопорные элементы – ЗАМЫКАЮТСЯ, тем самым связывая внешнюю и внутреннюю часть, то есть начинает раскручиваться и якорь генератора.

НО после того как в цилиндрах мотора нет ВОСПЛАМЕНЕНИЯ, а происходит сжатие или отвод отработанных газов, тогда КОЛЕНВАЛ как бы притормаживается, внутренняя обойма (которая связана с якорем), начинает обгонять внешнюю (связь с ремнем). В этот момент стопорные элементы – ЛИБО ПОГРУЖАЮТСЯ В СПЕЦИАЛЬНЫЕ КАНАВКИ, ЛИБО ПОВОРАЧИВАЮТСЯ БОКОМ, КОТОРЫЙ КРУГЛЫЙ, ОН НЕ ОСТАНАВЛИВАЕТ ОБОЙМЫ. Они разъединяются, то есть как бы верхняя и внутренняя обоймы вращаются отдельно друг от друга.

Посмотрите полезное видео, оно полностью вам объяснит этот принцип.

Тем самым, нет губительного влияния инерции, проскальзывания ремня, и прочих негативных моментов. Обгонная муфта РЕАЛЬНО уберегает ременную передачу, и НАМНОГО продлевает ресурс.

Применение муфты

Механизмы свободного хода нашли широкое применение в узлах автомобилей различных производителей. Итак, обгонная муфта присутствует в:

• системах запуска двигателя внутреннего сгорания (ДВС): здесь устройство свободного хода является частью стартера. В момент, когда двигатель запустился и набрал рабочие обороты, муфта отключает от него стартер. Без муфты коленчатый вал двигателя мог бы повредить стартер;
• АКПП классического типа: в них механизм свободного хода является частью гидротрансформатора – устройства, которое отвечает за передачу и изменение крутящего момента от ДВС к коробке передач;
• генераторах – здесь муфта выступает в качестве защитного компонента, ограничивая передачу крутильных колебаний от коленчатого вала ДВС. Также муфта нейтрализует колебания на ремне генератора, снижает шумность ременного привода. В целом, здесь механизм свободного хода существенно продлевает срок службы генератора.

Некоторые виды обгонных муфт

Обгонные муфты, как правило, имеют несложную конструкцию. Для включения/выключения муфты не требуется каких-либо дополнительных исполнительных механизмов.

Самыми простейшими обгонными муфтами можно считать роликовые и сухариковые. Роликовая муфта получила широкое распространение в технике благодаря своей простоте, бесшумности в работе и высокой надёжности:

Обгонная роликовая муфта

Муфта состоит из двух колец – внутреннего и внешнего. В углублениях внутреннего кольца, который является ведущим валом, установлены ролики, которые под действием пружин прижимаются к канавкам на внешнем кольце, ограничивая тем самым его самостоятельное вращение, в результате чего внешнее кольцо начинает вращаться синхронно с внутренним. При достижении внешним кольцом большей угловой скорости, чем у ведущего вала, ролики под действием центробежной силы сжимают пружины, вследствие чего выходят из зацепления с внешним кольцом, которое, не передавая усилий на ведущий вал, может развивать гораздо большую угловую скорость, не повреждая возможными перегрузками весь механизм (трансмиссию).

Самым очевидным является применение обгонных муфт на велосипедах – именно благодаря этим несложным устройствам велосипедисты избавлены от необходимости всё время крутить педали. При отсутствии обгонной муфты на ведущем колесе жёсткое соединение ведомой звёздочки и ступицы колеса педали бы вынуждены всё время крутиться.

Впрочем, на «живом примере» можно более наглядно объяснить и описать принцип действия обгонных муфт, используя в качестве примеры и других образцов использования муфт, попутно рассмотрев некоторые варианты их устройств и предназначение в работе того или иного механизма.

Строение обгонных муфт:

1. Обойма наружная. Внешняя обойма зацепляется со шкивом.
2. Обойма внутренняя. Внутренняя обойма соединяется с якорем — валом генератора.
3. Ролики в два ряда. Они являются соединительными элементами наружной и внутренней обойм. Первый ряд роликов — это игольчатые подшипники. Второй ряд — это спец профилированные фигуры, свободно катающиеся в обойме и являются стопором.
4. Контактная пластина с установленной в ней сальником.
5. Втулка цилиндрическая.
6. Втулка с наклонными плоскостями.
7. Крышка пластиковая.
8. Прокладка из материала эластомер.

9. Профиль со шлицами.

Видео: Влияют ли ХАБЫ на расход топлива?

Ремонт автоматики по стоимости равен полной замене хаба на новый. Чтобы дать клиенту возможность сэкономить, в СТО предлагают выбор – заменить автоматический, вышедший из строя, ручным. Иногда это предложение действительно оказывается целесообразным. Но даже установка автоматики окупается достаточно быстро (за счет повышения производительности и снижения расходов на топливо и ремонт).

Выбирайте хабы производителей, которые признаны лучшими на своём поприще (бразильские, американские, японские, украинские).

Выбирайте хабы по техническим характеристикам, чтобы идеально подошли под ваш внедорожник: по диаметру отверстий, крепежных болтов и по длине.

Инновационные хабы — наша новая реальность

Чёрный лебедь в виде пандемии и мировых локдаунов позволил проверить на практике, насколько креативные люди готовы работать из дома. Оказалось, что готовы, но далеко не все и не всё время — в домашних условиях сложно сосредоточиться на рабочих задачах, нет живого общения, обмена опытом.Офис тоже устарел и не вдохновляет сотрудников современных компаний. При этом потребность возвращаться в рабочие пространства остаётся. Идеальный выход — инновационные хабы, основанные на идее совместного потребления (sharing economy). В таких хабах компания снимает офис и пользуется всеми преимуществами общего креативного пространства.

Что такое муфта свободного хода?

Во-первых, хаб – это и есть муфта свободного хода; во-вторых, она служит «посредником» в механическом подключении колес к приводу. Чем полезна эта штуковина? Для владельцев внедорожников с постоянным приводом – ничем. Для тех, у кого есть отключаемый привод – хаб как раз и будет отвечать за его отключение.

Разумеется, для каждой модели нужен определенный вид муфт.

Виды хабов

Самые распространенные виды муфт свободного хода: автоматические и ручные. Определяются они легко: в большинстве случаев по надписям. Automatic hub – автоматические; на ручных вы увидите переключатель – Lock и Free. Муфты-автоматы применяются в кузовах R20, R50, а также в кузове WD 21. Отечественные автоматы отличаются от импортных моделей кондовостью производства.

Механические особенности

С ручными муфтами все предельно просто: на них есть переключатель режимов, который нужно включать/выключать ручками перед включением/выключением моста. Чтобы не напортачить, достаточно знать следующее:

1. Режим Lock – хаб выключен; режим Free – хаб включен;
2. Нельзя ездить на автомобиле с выключенными муфтами, но включенным мостом;
3. После длительного торможения, не выключайте хабы голыми руками: они сильно нагреваются, пользуйтесь перчатками.

Принцип работы автоматических хабов немного сложнее. Если верить инструкции по эксплуатации, подключать передний мост можно на скорости до 40 км/ч на Nissan Terrano с кузовом WD 21 и на скорости до 80 км/ч на кузовах R20 и R50. Пониженная включается и на тех, и на тех при условии полностью остановленной машины.

Подключение муфты даже на медленном ходу вызывает нагрузку в виде ударной волны на ее детали. И это часто даже не сопровождается никакими звуками дребезжания или постукивания. Поэтому многие включают мост только при полной остановке автомобиля. Это продлевает срок эксплуатации муфт и фрикционных колец, в частности. К тому же на бездорожье вы можете остановиться и посмотреть, по какой дороге вы поедете дальше. В городе для этого есть красный цвет на светофорах.

С тем, когда включать хабы – разобрались. Теперь про то, как трогаться: делайте это как можно более плавно и на участке, где не нужно никуда поворачивать. Конечно, этим инструкциям следуйте, только если не хотите ничего ремонтировать, а также в том случае, если состояние фрикционных колец не очень хорошее.

А теперь немного поговорим о плюсах и минусах.

Преимущества и недостатки

Ручные хабы.

• На ручные муфты можно положиться. Они не подведут вас на бездорожье. Они надежно подключают колесный привод. При неудачной раскачке автомобиля на не очень хорошей дороге или в грязи, вы можете быть уверены на 100%, что передок не отключится. Можно сказать, что ручные хабы – это выбор настоящего профи в бездорожье.
• На фоне таких шикарных достоинств есть только один весомый недостаток: для того чтобы включить или выключить привод приходится каждый раз выходить из машины. Это, пожалуй, не всегда удобно, учитывая то, что ездить приходится по грязи, а на улице не всегда хорошие погодные условия.

Автоматические хабы.

• Автоматические муфты свободного хода имеют равно пропорциональные отличия от ручных. Во-первых, они не вынуждают водителя каждый раз выходить из теплого и уютного автомобиля на, часто, прохладную, иногда дождливую и грязную улицу, для того, чтобы переключить хабы с одного режима на другой. Во-вторых, и это уже относится к недостаткам, при неудачных попытках заезда на горку или покорения сельской местности с грязью и лужами, машина скатывается и практически всегда в этот момент отключаются муфты.
• Тем не менее те, кто опробовали автомат, крайне редко переходят на хабы ручного включения.

Вакуумные хабы.

• Прежде о них мы не вспоминали, ибо, в отличие от вышеупомянутых, встречаются они гораздо реже. Но это не повод их игнорировать, ведь механизм их работы в самом деле является достойным внимания.
• Преимущества: полная автоматика. Когда вы подключаете полный привод, на электронный вакуумный насос подается сигнал. Он, в свою очередь, отсасывает воздух из муфты по специальной системе трубок. Таким образом, хаб блокируется. Отключается все с точностью наоборот.
• Недостатки: работоспособность такой системы зависит от степени герметичности трубок и надежности сальников. А как известно оные имеют свойство быстро изнашиваться.

Распространённые неисправности

По конструкции муфта генератора в некоторой степени напоминает подшипник качения, поэтому при возникновении неисправности ее может заклинить. Это приводит к тому, что ременная передача начинает ускоренно изнашиваться, так как моменты инерции больше не компенсируются. В конечном итоге ремень генератора порвется, а натяжитель износится – все эти детали придётся менять.

Для своевременного обнаружения неисправностей муфты надо знать их «симптомы». Наиболее характерными являются следующие признаки:

• появляется дребезг в салоне (опытный водитель не сможет его спутать ни с чем);
• при медленном движении автомобиль начинает вибрировать;
• ремень начинает как бы подпрыгивать;
• при включённом моторе слышен характерный свист;
• натяжитель начинает щелкать.

Если появляется хотя бы одни из этих признаков, нужно немедленно обращаться на СТО. Мастеру придется провести диагностику всего узла. Если в ходе диагностических процедур будет выявлено, что муфта вышла из строя, ее придется менять – такие узлы ремонту не подлежат.

Есть еще одна типичная неисправность, правда, она менее распространена — муфта начинает крутиться во все стороны. В этом случае при вращении якорь никак не связывается с обоймой. Диагностировать такую неисправность труднее — обязательно придется снимать генератор. Вероятная причина – недозаряд аккумулятора.

Виды поломок и их причины

Обычно обгонная муфта выходит из строя при следующих обстоятельствах:

• неисправность шкива;
• износ внутренней пружины;
• порвался ремень генератора;
• пробег более 100 тыс. км;
• неисправность обгонного механизма.

Показатели поломки

Признаки неисправности обгонной муфты генератора:

• во время работы со стороны генератора доносятся неестественные шумы;
• полное прекращение работы генератора;
• при работе кондиционера или при медленном движении машины возникает ощутимая вибрация;
• свист ремня на высоких оборотах;
• короткий треск при запуске или остановке двигателя.

Выявление дефектов

Для диагностики работы узла следует раскрутить двигатель до 4 тыс. оборотов. Затем надо включить зажигание. Необходимо прислушаться к остаточному звуку. Если он напоминает звук остановки турбины, то муфта генератора работает исправно. Если такового нет, то механизм требует замены.

Муфту можно проверить и в демонтированном состоянии, для этого надо сделать следующее:

• зажать пальцами внутреннее кольцо;
• внешнее кольцо повернуть в направления вращения ремня;
• при движении внешней обоймы муфта вышла из строя и её надо менять.

Можно проделать такой же эксперимент. Но вращать внешнюю обойму необходимо в противоположную сторону. В этом случае она, наоборот, должна вращаться. Если же этого не происходит, то деталь вышла из строя.

Визуальная и аудиальная диагностика без демонтажа

1. Включаем двигатель в холостой режим — при активном движении натяжителя ременной передачи муфта неисправна.
2. Разгоняем двигатель до 2 тыс. оборотов и отключаем. Жужжащий или свистящий звук – признак неисправности подшипников механизма. Звук треска – свидетельство износа муфты.

Методы диагностики демонтированной муфты

После того, как методы визуальной диагностики показали наличие неисправности, демонтируем муфту

. При ближайшем рассмотрении нужно заблокировать внутреннюю обойму, а внешнее кольцо – прокрутить по ходу его естественного движения при работе в системе или в обратном направлении.

Если внутренняя обойма движется – муфта изношена. Если внешнее кольцо не крутится в направлении, обратном движению ремня генератора – шкив неисправен.

Обгонно-реверсивные механизмы свободного движения при проверке должны пружинить, если внешнему кольцу задано направление прямого вращения привода, и свободно вращаться в обратном направлении. При нарушении хода муфта подлежит замене.

Обгонная муфта шкива генератора

Применение муфт свободного хода в шкивах генераторов обусловлено малыми сроками службы приводных ремней. В шкиве генератора установлено два ряда роликовых подшипников.

Один ряд выполняет, так сказать, основную функцию – обеспечивает вращение шкива, и, следовательно, ротора генератора. Другой ряд роликов при резком уменьшении числа оборотов двигателя «притормаживает» ротор, в результате чего шкив продолжает свободно вращаться.

В результате рывки, которые испытывает приводной ремень, пропадают, что положительно сказывается на сроке его службы. Конструкция обгонной муфты шкива и бендикса стартера довольно схожи – в качестве элементов, передающих крутящий момент, используются ролики.

Виды, классификация и назначение: коротко о главном

Различие между муфтами роликового типа и с храповым механизмом заключается только в механизме зацепления внешней и внутренней полумуфт. В муфте храпового типа во внешней обойме вместо зацепных пазов находятся зубья с упором на одну сторону – с помощью фрикционных пружины обе полумуфты входят в зацепление друг с другом за счет зубьев, что и обеспечивает блокировку узла.

Конструктивное предназначение и преимущества использования в трансмиссии обоих типов муфт схожи – среди плюсов муфтового соединения ярко выделяются:

• Простота устройства и неприхотливость в обслуживании.
• Упрощение конструкции узла трансмиссии.
• Автономная работа агрегата и отсутствие в необходимости использования приводов управления.

При этом каждый вид муфты имеет собственный ряд недостатков. К основным минусам муфты роликового типа относят:

• Большие трудозатраты при производстве.
• Требовательность к соосности полумуфт при установке.
• Отсутствие возможности регулировки.

Среди минусов агрегата с храповым механизмом принято выделять:

• Ускоренный износ и большую нагрузку на деталь при зацеплении.
• Повышенный уровень шума при работе.
• Невозможность установки на высокооборотные элементы трансмиссии.

Назначение

Функция муфты состоит в том, чтобы устранять инерцию с ротора, которая поступает на ремень генератора. Это позволяет продлить его срок службы с 30 тыс. км. (как было раньше, до разработки устройства) до 100 тыс. км.

Заклинивание.

Это самая распространенная неисправность. Наступает после 100-150 тысяч километров пробега. К сожалению, обгонная муфта является необслуживаемой и имеет конечный ресурс.

Заклинивание неприятно тем, что почти никак не проявляется, до того момента пока ремень не достигнет критического износа (разве что натяжитель дергается). После того как износ ремня станет запредельным он или заскрипит или соскочит.

Проскальзывание.

При слабом проскальзывании обгонной муфты, генератор не будет развивать полной мощности. Вы увидите это по индикатору напряжения, затрудненному запуску и снижению яркости фар.

Если вовремя не принять меры, обгонная муфта полностью потеряет связь с якорем генератора и будет вращаться сама по себе.

Вы увидите это по горящему индикатору отсутствия заряда:

С большой долей вероятности, проскальзывание обгонной муфты генератора будет сопровождаться свистом и шумом.

Естественно, при такой неисправности долго ездить не выйдет. Можно просто встать посреди дороги или не завести машину после стоянки.

Устройство

Обгонная муфта генератора представляет собой две обоймы:

• внешняя, соединена со шкивом генератора;
• внутренняя, связана с валом якоря генератора;

Между ними есть слой специальных роликов, уложенных в два слоя:

• 1 уровень — игольчатые подшипники;
• 2 уровень — профилированные фигуры. Они нужны для того, чтобы выполнять роль стопорного механизма.

Эти обоймы интегрированы друг в друга.

Принцип работы

Когда двигатель начинает работать, вращение внешней обоймы муфты начинает усиливаться. Ролики, выполняющие роль стопорного устройства, замыкаются. При этом внешняя часть связывается с внутренней. Одновременно раскручивается вал и шкив генератора.

При прекращении работы отработанные газы начинают отходить. При этом замедляется вращение коленчатого вала. Внутренняя часть обоймы обгоняет по вращению внешнюю. Параллельно стопорный механизм открывается и её связь со внешней частью муфты становится слабее. Из-за этого внутренняя обойма перестаёт тормозить.

Это полный цикл работы узла устройства. Один процесс следует за другим. При этом инерция от ремня передаётся шкиву и ремню генератора.