У попередньому пості про роздавальну коробку TOD я було написав, що система безпосередньо не виробляє змінного динамічного управління подачею крутного моменту на передню вісь. Іншими словами, не може самостійно регулювати ступінь затиснення пакета фрикційних в режимі Auto.
Здавалося б, навіщо потрібні такі хитрощі, якщо магніт або включається, чи ні?
2. Сам неодноразово помічав, що якщо зупинити машину в повороті або на підйомі і вимкнути повний привід, то часто при розмиканні повного приводу чути явний ударчик або поштовх.
Звідки в раздатке удар, якщо магніт безпосередньо не стискає фрикціони?
3. У своїй розібраної раздатке на фланцях корпуса магніту і зубчастого диска я побачив смужки задертого металу в тих місцях, де дані деталі стикаються між собою.
Виходить, що між ними є проворот і тертя, причому тертя під навантаженням, так як сталь дуже тверда і гладко відшліфована. Але чому і в яких ситуаціях?
4. Ну і власне таблиця розподілу по осях від виробника, де в різних режимах ступінь блокування муфти вказана з точністю до 5%.
Чи може виробник настільки вводити в оману, якщо ніякого активного розподілу немає? Або ж якщо розподіл йде «само собою» в залежності від дорожніх умов, то як обчислені настільки точні значення в таблиці?
Уявімо собі роботу повного приводу ТОД на схемі. Червоним кольором позначені деталі, що обертаються зі швидкістю передній осі, зеленим - задній.
Притягаючи до себе зубчастий диск, корпус магніту синхронізується за своїм обертанню з кошиком фрикційних, тобто з передньою віссю. Силами, які створюють цю синхронізацію, є сила тертя, що викликається стисненням зубчастого диска і корпуса електромагніта, яка, в свою чергу, викликається силою тяжіння електромагніту при подачі на нього електричного струму.
При наявності різниці в обертанні задньої осі (обертання кулачка) і передній осі (тепер разом з корпусом магніту) корпус магніту, якому нікуди рушити зі свого місця, відштовхує від себе кулачок за допомогою розведення кульок по канавках.
Коли кулачок стосується натискного диска (який в свою чергу затискає фрікціони), він зупиняється.
Тепер розглянемо 2 можливих результату, які можуть статися далі.
1. Якщо сила, що провертає передні колеса щодо задніх, зрівняється і стане трохи менше сил тертя в пакеті, то передня вісь синхронізується по обертанню з задньої. Кульки в канавках при цьому залишаться в тому положенні, при якому кулачок торкнувся натискного диска.
2. Якщо сила, що провертає передні колеса щодо задніх, буде більше сил тертя в пакеті, обертання осей НЕ синхронізується.
Тут слід зробити відступ, щоб пояснити: корпус магніту вільний в своєму обертанні щодо кулачка лише на певний кут - на справній роздатці кульки не можуть вийти з канавок зовсім, тому максимальний кут провороту корпусу магніту щодо кулачка не перевищуватиме 120 градусів (канавки 3, тому повне коло 360 градусів / 3 = 120).
При перевищенні даного кута провороту обертання деталей в кулачковою муфті синхронізується, тобто корпус магніту, кулачок і головний вал будуть обертатися з однією швидкістю - швидкістю обертання задньої осі.
Таким чином, якщо виникло тертя в пакеті не змогло нівелювати різницю швидкостей передньої і задньої осі, проворот осей неминуче продовжиться. Однак оскільки тепер зубчастий диск, що обертається синхронно передньої осі, притягнуть до корпусу магніту, що обертається зі швидкістю задньої осі, проворот виникне і між ними.
Що в даному випадку буде з кульками? Все те ж саме - вони будуть знаходитися всі в тому місці, як і в п. №1 - куди вони дійшли в момент торкання кулачок натискного диска.
Що в даному випадку може зробити система для збільшення крутного моменту, що подається на передній міст? Потрібно збільшити силу тертя в пакеті.
Однак система може управляти лише одним параметром - струмом на обмотці електромагніту. Але цього цілком достатньо, адже якщо збільшити силу струму, то сила тяжіння магніту зросте в квадраті. Тим самим, збільшиться і сила тертя між корпусом магніту і зубчастим диском.
Згідно 3 закону Ньютона, чим більше сила тертя між корпусом магніту і зубчастим диском, тим більша буде сила, що провертає між собою корпус магніту і кулачок. А чим далі вони провернути, тим більше кульки разопрут кулачкову муфту і тим більше вона затисне фрикційні диски.
Таким чином, наростання магнітної сили посилює стиснення зубчастого диска з корпусом магніту і силу тертя між ними, що відтягувати момент їх взаємного провороту. Тим самим шлях, прохідний кульками в канавках, збільшується, посилюючи розпір кулачковою муфти і затискання пакета фрикційних.
ВИСНОВОК №1: ЗБІЛЬШЕННЯ СИЛИ СТРУМУ НА КОТУШЦІ електромагнітів призводить до великих затиснуті ПАКЕТУ фрикційні.
Розглянемо тепер не менш цікаві супутні факти:
1. Зіставлення сили стиснення в труться парах.
Сила магнітного тяжіння, незважаючи на невисоку електричну потужність магніту (близько 80 Вт), на мій погляд, в точці дотику має величину десятків кілограм. Експериментально перевірено, що навіть при струмі в десяті частки ампера відірвати руками зубчастий диск від корпусу магніту не вдається. Робочим (імовірно) є струм близько 5А при напрузі 12В, а сила стиснення при цьому збільшиться в сотні разів.
Обчислити її навіть приблизне значення теоретично. на жаль, неможливо, тому що в розрахунку беруть участь такі параметри, як кількість обмоток на магніті, характеристики матеріалу, з якого виготовлені деталі, форма деталей і інші.
Що стосується сили, що здавлює пакет фрикційних, то можна провести ряд нескладних розрахунків.
А) Обчислимо крутний момент, який повинен тримати справний пакет фрикційних при рівному розподілі його між осями:
310 Нм двигуна * 3,8 ПЧ 1-й передачі * 2,48 ПЧ понижувальної передачі / 2 осі = 1 460 Нм.
Б) З урахуванням того, що радіус фрикційного диска приблизно 10 см, загальна сила тертя спокою при цьому повинна бути 14 600 Н.
Оскільки дисків у нас 11, то труться стільки ж, тому сила тертя на одному диску = 14 600/11 = 1 327 Н.
В) Обчислимо силу стиснення фрикційних.
Сила тертя = коефіцієнт тертя * Силу, що стискає поверхні.
Звідси сила, що стискає поверхні = Сила тертя / коефіцієнт тертя.
Підставляємо наші дані, отримуємо:
Сила, що здавлює фрікціони, рівна 1 327 Н / 0,6 (умовно, максимальний коефіцієнт тертя між сталлю і ферродо) = 2 212 Н, або ж 221 кг.
Максимальна сила, що здавлює фрікціони в раздатке, становить до 220 кг. Береться вона за рахунок крутного моменту двигуна і знижують чисел трансмісії.
Разом: умовно 100 кг проти 220 кг.
2. Коефіцієнти тертя.
Тертя в парі зубчастий диск-корпус магніту: табличне значення в парі сталь-сталь з мастилом становить близько 0,05-0,1.
Що стосується коефіцієнта тертя в пакеті фрикційних, то він настільки складний і залежний як від сили стиску, так і властивостей застосовуваної трансмісійної рідини, що описати його силами шкільної механіки не вдасться навіть приблизно.
У літературі можна знайти величину коефіцієнта тертя між сталлю і ферродо (матеріалом гальмівних колодок), вона становить 0,45-0,6. Є міркування, що тертя в пакеті фрикционов ще вище, проте приймемо його умовно за 0,6.
Отже, порівнюємо величину тертя в парі зубчастий диск - корпус магніту (сталь-сталь) і в пакеті фрикционов (фрікціони по металу):
0,05-0,1 проти 0,6.
Сила тертя в пакеті фрикционов була обчислена вище - 14 600 Н.
Величину сили тертя в іншої пари обчислимо по тій же формулі:
умовно 1000 Н * 0,1 = 100 Н, або ж 10 Кг.
Разом: 1 460 кг проти 10 кг.
Вищевказані розрахунки показують, як за допомогою невеликої сили тертя можна управляти набагато більш значною силою тертя і розподілом крутного моменту по осях.
Знову ж експериментально перевірено, що прикладаючи максимальну силу рук, провернути фланці карданів між собою можна при струмі на котушці 0,2 А. Подальше навіть невелике збільшення сили струму призводить до того, що сили рук стає недостатньо! І ЦЕ ДІЙСНО ДИВУЄ - ЯК ТАКИЙ НЕБОЛЬШОЙ МАГНИТ при невеликій ТОКЕ РОЗВИВАЄ НАСТІЛЬКИ СУТТЄВОЇ СИЛУ, А фрикційні, НАВІТЬ БУДУЧИ затиснуті десятків кілограмів, зчіплюються майже мертвий.
Отже, тепер робота роздавальної коробки ТОД в режимі Auto цілком зрозуміла. Само собою, виробник теоретично вивів залежність між силою струму на котушці і силою стиснення пакету фрикційних, перевірив її на практиці, а далі розробив блок управління і його алгоритми, побудовані на підставі таких параметрів руху автомобіля, як:
1. Швидкість обертання карданних валів;
2. Швидкість автомобіля;
3. Положення педалі гальма;
4. Положення педалі газу;
5. Положення дросельної заслінки (для бензину);
6. Показання датчиків обертання коліс;
7. Кут повороту керма.
Безумовно, алгоритми є досить складними, але дійсно можуть гнучко реагувати на зміну умов руху автомобіля і вносити корективи, керуючи розподілом крутного моменту по осях.
Висновок 2: система ТОД заслужено входить до числа систем ПОСТІЙНОГО ПОВНОГО ПРИВОДУ.
В якості висновку відповімо на питання, поставлені на початку:
1. Яскравість індикації повного приводу змінюється пропорційно силі струму на котушці електромагніта;
2. Удар при виключенні магніту пов'язаний з тим, що одномоментно зникає магнітна сила, розводяща корпус магніту і кулачок. Зубчастий диск відчіплюється від корпусу магніту, корпус магніту під дією пружини, віджимають кулачок, повертається в положення спокою кульок, кулачок притискається до нього, натиск на пакет фрикційних припиняється, корзина фрикционов відчіплюється від головного валу, передня вісь відключається.
3. Оскільки навіть в режимі повного приводу під навантаженням проворот в пакеті фрикционов має місце бути, виходить, що кошик фрикционов разом із зубчастим диском провертається щодо головного валу і корпусу магніту на ньому. Так як при цьому магніт максимально сильно притискає до себе зубчастий диск, проворот між ними призводить до зносу металу в місцях зіткнення.
4. Виробник не бреше і не придумує, табличні значення розподілу по осях можна прийняти за правду.
P.S. Все інше щодо роботи в режимах 2Hi, 4Hi і 4Low раніше було описано вірно.
У режимі 2H супертода напруга на магніт не подається, в режимі 4Hi І 4Low постійно подається максимальне.
Mileage 103900 km