Устройство и принцип работы обгонной муфты

В устройство некоторых механизмов автомобиля входит обгонная муфта. В частности, она является неотъемлемым элементом генератора. Сейчас сосредоточимся на том, что это за механизм, по какому принципу он будет работать, какие у него бывают поломки, а также как выбрать новую муфту.

Что такое обгонная муфта генератора

Прежде чем разобраться с тем, зачем в генераторе стоит данная запчасть, необходимо немного вникнуть в терминологию. Как объясняет известный сервис Википедия, под обгонной муфтой подразумевается механизм, который позволяет передавать крутящий момент с одного вала на другой. Но если ведомый вал начинает вращаться быстрее привода, усилие не поступает в обратном направлении.

Самая простая модификация подобных механизмов используется в велосипедах (пятерик, устанавливаемый в конструкции заднего колеса или трещотка в спортивных моделях). Во время нажатия на педали роликовый элемент срабатывает, и звездочка начинает крутить колесо. Когда выполняется свободный ход, например, при спуске с горки, срабатывает обгонный механизм, и крутящий момент от колеса не поступает на педали.

Подобный механизм используется и в генераторах. Стоит упомянуть, что во многих старых автомобилях не предусмотрена установка данного элемента. С повышением мощности ДВС стала увеличиваться нагрузка на автомобильный генератор. Установка муфты свободного хода обеспечивает увеличение рабочего ресурса ремня газораспределительного механизма (подробно об этой детали рассказывается в другой статье) или привода самого источника питания.

Наличие роликового элемента в устройстве привода генератора обеспечивает баланс между оборотами коленчатого вала (от него крутящий момент через ремень ГРМ передается на все навесное оборудование, а через отдельный ремень и на генератор) и ведомым валом источника энергии. Когда двигатель в автомобиле работает, основным источником электричества становится именно генератор, хотя электрическая схема машины закольцована с аккумулятором. Пока силовой агрегат заведен, АКБ подзаряжается за счет выработки электричества генератором.

Разберемся, какое назначение у муфты свободного хода.

Зачем нужна обгонная муфта

Как известно большинству автомобилистов, электричество в машине во время работы ДВС вырабатывается благодаря передаче крутящего момента с коленвала на привод генератора. В тонкости его устройства вдаваться не будем – подробно о том, зачем машине генератор и в чем заключается его работа, рассказывается в другом обзоре.

Современные силовые агрегаты отличаются от более старых модификаций высокими крутильными колебаниями, образующимися на коленвале. Особенно это отчетливо у дизелей, начиная с тех, которые соответствуют экологическому стандарту Евро4 и выше, так как даже при низких оборотах такие моторы имеют высокий крутящий момент. Из-за этого шкив привода вращается не так равномерно, как это происходит, когда стартер раскручивает мотор в момент запуска.

Чрезмерные вибрации навесного оборудования приводят к тому, что ремень ГРМ вырабатывает свой ресурс приблизительно через 30 тысяч километров пробега. Также эти силы негативно влияют на исправность кривошипно-шатунного механизма. Для этого на многих автомобилях устанавливается двухмассовый маховик (подробно о том, чем данная деталь отличается от стандартного аналога, читайте здесь), а также демпферный шкив.

Суть муфты сводится к тому, чтобы мотор при переходе на другой режим не испытывал дополнительных нагрузок. Такое происходит, когда водитель переключает скорость. В этот момент отпускается педаль газа и выжимается сцепление. На доли секунды мотор снижает обороты. Вал генератора из-за инерционной силы продолжает вращаться с прежней скоростью. Из-за этого и возникает необходимость устранять разницу между вращением ведущего и ведомого валов.

Пока ДВС наберет подходящие для привода генератора обороты, вал источника энергии может свободно проворачиваться со своей скоростью. Синхронизация вращения этих элементов происходит в момент, когда коленвал раскручивается до нужных оборотов и механизм привода вала генератора снова блокируется.

Наличие данного демпферного механизма свободного хода обеспечивает сохранность ремня (в процессе изменения режимов работы мотора не образуются скачки крутящего момента). Благодаря этому в современных машинах рабочий ресурс ремня уже может достигать 100 тысяч километров пробега.

Помимо генератора обгонная муфта может также устанавливаться в некоторых модификациях стартера (подробно об их устройстве и какой у них принцип работы, читайте отдельно). Еще данный механизм устанавливается в классических АКПП с гидротрансформатором. Во всех этих случаях крутящий момент должен передаваться только в одном направлении, а в противоположном связь должна прерываться. Это нужно, чтобы устройства не разрушались и не страдали от вибраций, которые образуются в процессе работы двигателя.

К достоинствам данных механизмов можно отнести:

1. Чтобы отсоединить привод от ведомого механизма, нет необходимости в дополнительных исполнительных элементах (не нужен ни привод, ни электронные блокировки и т.д.). Устройство самостоятельно блокируется и разъединяется без необходимости контролировать этот процесс.
2. Благодаря простоте конструкции механизмы, в которых применяется изделие, не усложнены разными исполнительными устройствами. Это делает ремонт агрегатов немного проще, как если бы они оснащались дополнительной электроникой, в работе которой могут появляться сбои.

Принцип работы муфты

Несмотря на то, что существует несколько разновидностей обгонных муфт, все они имеют одинаковый принцип работы. Широкое применение в автомобилестроении получил роликовый вид устройств. Обсудим принцип работы механизма на примере этой модификации.

Конструкция данного типа подразумевает наличие двух частей. Одна полумуфта устанавливается на ведущем валу, а другая – на ведомом. Когда происходит вращение приводной полумуфты по часовой стрелке, сила трения перемещает ролики (расположены в полостях между обоймами полумуфт) в узкую часть механизма. Благодаря этому образуется клин механизма, и ведомая часть начинает вращаться вместе с приводом.

Как только вращение приводного вала замедляется, образуется обгон ведомого вала (начинает крутиться с большей частотой, чем ведущая часть). В этот момент ролики перемещаются в более широкую часть обойм, и усилие не поступает в противоположном направлении, так как полумуфты разъединены.

Как видно, у данной детали очень простой принцип работы. Она передает вращательные движения только в одну сторону, а в противоположную только прокручивается. Поэтому изделие еще называется муфтой свободного хода.

Устройство и основные компоненты

Рассмотрим устройство роликовой муфты. Эта модификация состоит из:

• Наружной обоймы (внутри на стенке могут быть специальные пазы);
• Внутренней обоймы с выступами;
• Нескольких пружин, закрепленных на наружной обойме (их наличие зависит от особенностей конструкции). Они выталкивают ролики, чтобы устройство быстрее срабатывало;
• Роликов (фрикционный элемент устройства), которые при перемещении в узкую часть конструкции зажимают обе части, и муфта вращается.

На фото ниже показан чертеж одной из модификаций муфт свободного хода.

Данная деталь устанавливается вместо стандартного шкива генератора. Сам источник питания визуально не имеет отличий от классического типа. Разница лишь в том, что на валу такой модели будет сделана резьба. С ее помощью муфта прочно крепится на приводе генератора. К силовому агрегату шкив подсоединяется так же, как и в классической модели генератора – через ремень ГРМ.

При переходе мотора на пониженные обороты разгонный эффект увесистого вала генератора не создает биение в ремне, что увеличивает его рабочий ресурс, и делает работу источника питания более равномерной.

Разновидности обгонных муфт генератора

Итак, универсальный тип механизмов свободного хода позволяет ротору генератора свободно вращаться за счет передачи усилия от коленчатого вала. При этом важным условием является более высокая скорость вращения приводного вала – только в этом случае механизм заблокируется, и вал источника питания сможет раскручиваться.

Минусами роликовой модификации является:

1. Неразборная конструкция;
2. Оси ведущего и ведомого валов должны идеально совпадать;
3. За счет использования элементов качения (как в подшипнике) изделие требует большей точности в процессе изготовления, поэтому на производстве используется высокоточный токарный станок. Только в этом случае возможно достичь идеальной геометрии всех компонентов устройства;
4. Их нельзя отремонтировать и отрегулировать.

Похожая конструкция у храповой модификации. Единственное отличие в том, что внутри наружной обоймы сделаны зубья, а фрикционный элемент представлен собачками, которые закреплены с одной стороны к внутренней обойме, а с другой стороны подпружинены. Когда вращается ведущая полумуфта, собачки упираются в зубья обоймы, и муфта блокируется. Как только образуется разница в скорости вращения валов, собачки проскакивают по принципу трещотки.

Естественно, вторая модификация имеет несколько преимуществ по сравнению с роликовым типом. Основное заключается в том, что такая модификация обеспечивает более жесткую фиксацию двух полумуфт. Еще один плюс храпового типа в том, что его можно ремонтировать, а роликовый – нет.

Несмотря на более высокую надежность, храповые муфты не лишены недостатков. К ним относятся:

• Ударный эффект в момент, когда происходит блокировка муфты. Это происходит из-за того, что собачки резко упираются в зубья внешней полумуфты. По этой причине храповые механизмы не эффективны в агрегатах с высокими оборотами приводного вала.
• В процессе работы обгона муфта издает характерные щелчки (собачки проскакивают на зубьях). Если в устройстве часто происходит обгон ведомого вала, собачки или зубья в механизме (в зависимости от используемого металла) быстро износятся. Правда, сегодня уже существуют модификации храповых обгонных муфт, работающих намного тише за счет того, что при обгоне собачки не касаются зубьев.
• На больших скоростях и частой блокировке/разблокировке элементы данного механизма быстрее изнашиваются.

Чтобы самостоятельно определить, какой шкив установлен на генераторе конкретного авто, достаточно посмотреть на его крепление. Обгонная муфта не фиксируется стопорной гайкой на валу агрегата. Но в современных автомобилях не так много свободного пространства под капотом, поэтому не всегда получается рассмотреть, какое крепление у шкива генератора (вариант с муфтой свободного хода в большинстве случаев будет просто накручиваться на вал). Генераторы, оснащенные рассматриваемым механизмом, закрываются темной защитной крышкой (кожух корпуса), поэтому многие мастера определяют тип привода генератора именно по этой крышке.

Признаки неисправности муфты свободного хода

Так как данное устройство находится в постоянном движении, то и его поломки встречаются нередко. К самым распространенным причинам выхода из строя относится загрязнение механизма (попытки преодолеть глубокий грязный брод) или естественный износ деталей. Эти факторы приводят к тому, что муфта свободного хода может полностью заблокироваться или фиксация полумуфт может не происходить.

Определить неисправность обгонной муфты можно по сбоям в работе генератора. Так, при резких скачках оборотов коленвала (водитель резко нажимает педаль газа, и обороты подскакивают) может произойти разрыв полумуфт. В этом случае даже если ролики и перемещаются в более узкую часть устройства, из-за серьезного повреждения они просто проскакивают. В результате коленчатый вал крутится, а генератор перестает работать (крутящий момент перестает поступать на его вал).

При такой поломке (полумуфты не зацепляются) источник питания перестает вырабатывать электричество или не дозаряжает батарею, а вся бортовая электросистема питается от аккумулятора. В зависимости от параметров АКБ в таком режиме машина может проработать до двух часов. При этом следует учесть уровень заряда батареи. Подробней о том, как проверить генератор, рассказывается здесь.

Если же произошла поломка, в результате которой полумуфты заклинило, то в этом случае механизм будет работать, как обычный приводной шкив генератора, пока из-за износа ролики не перестанут упираться в обойму. Ни одну неисправность обгонной муфты игнорировать нельзя, потому что это отрицательно скажется на работе источника питания, вплоть до деформации его вала.

Также неисправность механизма может сопровождаться треском в момент запуска или остановки силового агрегата. В процессе работы мотора со стороны генератора доносится постоянный шум (это также является симптомом вышедшего из строя подшипника источника питания).

Как определить, что муфта вышла из строя

С внедрением обгонной муфты в конструкцию современных генераторов, по мнению многих специалистов, ресурс источника энергии вырос в 5-6 раз. Как мы уже разобрались, этот элемент необходим для устранения крутильных колебаний на валу генератора. Благодаря этому механизм работает более равномерно, без преждевременного износа подшипника, а его работа не сопровождается шумом.

Но в автомобиле нет таких деталей, которые не нуждались бы в замене. То же можно сказать и об обгонной муфте. Ключевая ее неисправность свойственна всем подшипникам – она подвержена износу и зачастую происходит ее клин. Приблизительный ресурс муфты генератора в районе 100 тысяч километров пробега.

Если муфта заклинит, она перестанет гасить инерцию, а станет работать, как обычный подшипник. Из-за этого на ремень генератора возрастет нагрузка. Если он уже старенький, то его может порвать. Также быстрее износится натяжитель ремня.

Определить клин обгонной муфты можно по следующим признакам:

1. Пропала плавность работы генератора – в нем появились вибрации. Как правило, во время работы мотора эта неисправность будет сопровождаться подпрыгиванием ремня генератора.
2. Утром во время запуска мотора и пока он немного не поработает, ремень сильно свистит.
3. Натяжитель ремня начал работать со щелчками.

Гораздо реже муфта не клинит, а перестает вращать вал генератора. Такую поломку намного сложней определить визуально без демонтажа механизма. Основной признак подобной неисправности является отсутствие заряда аккумулятора или его недозаряд (конечно, у данной неисправности есть и другие причины).

Диагностика обгонной муфты

Проверка обгонной муфты нужна в следующих ситуациях:

1. На приборке загорелся индикатор аккумуляторной батареи (желтый или красный). Такое происходит, когда батарея не подзаряжается или получает недостаточное количество энергии.
2. При переключении скоростей (сцепление выжато, и газ отпущен) ощущаются небольшие вибрации, как будто двигатель принудительно замедляется каким-то механизмом. Такой эффект происходит в случае заклинивания муфты. В этом случае при переходе мотора на пониженные обороты вал генератора из-за инерционных сил создает кратковременное сопротивление мотору. Из-за этого эффекта повышается нагрузка на ремень, из-за чего он быстрее износится.
3. Плановое техническое обслуживание автомобиля. На этом этапе проверяется АКПП, карданный вал (если он присутствует в трансмиссии, то его неисправности тоже вызывают вибрации при смене режимов работы ДВС), стартер, сцепление (недостаточное разжимание корзины тоже провоцирует рывки мотора на холостых оборотах).

Чтобы проверить исправность обгонной муфты, необходимо обратиться к специалистам, так как эта работа сопровождается демонтажем механизма. Если стандартный шкив снимается при помощи откручивания зажимной гайки, то обгонная муфта демонтируется специальным инструментом. Подручные средства в этой ситуации могут серьезно повредить вал генератора.

Как узнать, нужно ли заменить обгонную муфту генератора?

Чтобы с точностью определить, вышла ли обгонная муфта из строя, потребуется демонтаж генератора. Но существуют и другие способы, которые помогут определить неисправность муфты по косвенным признакам.

Рассмотрим вариант проверки с демонтажем муфты и без снятия генератора.

Проверка в демонтированном состоянии

После снятия муфты с вала генератора внутренняя обойма зажимается двумя пальцами так, чтобы наружная обойма могла свободно вращаться. Принцип работы обгонной муфты заключается в том, что прокручивание в одну сторону обойм должно быть независимым, а в другую сторону – синхронное.

При заблокированной внутренней обойме нужно попытаться провернуть наружную обойму в направлении вращения ремня. В таком направлении обоймы должны вращаться вместе. Если наружную обойму получается даже незначительно провернуть, значит, муфта не срабатывает, и при больших усилиях вал не будет вращаться, что приведет к недозаряду аккумулятора. В этом случае муфту необходимо заменить.

Подобная процедура проводится для определения, не заклинило ли муфту. При зажатом внутреннем кольце выполняется попытка проворота наружной обоймы в направлении, противоположном вращению ремня генератора. Исправная муфта должна свободно вращаться в этом направлении. Если она работает с заметными рывками или вообще не крутится ни в какую сторону, то ее заклинило, и деталь подлежит замене.

Проверка без демонтажа

Вот несколько косвенных признаков, свидетельствующих об износе или проблемной работе обгонной муфты:

1. Мотор работает на холостых оборотах. Натяжитель ремня генератора должен вращаться равномерно, без подергиваний;
2. Мотор доводится до оборотов в 2-2.5 тысяч в минуту. ДВС останавливается. В этот момент необходимо прислушаться к звукам, доносящимся от генератора. Если после остановки мотора слышно непродолжительное жужжание (1-5 секунд), то это признак износа подшипника шкива;
3. Во время старта мотора или его остановки отчетливо слышны щелчки, доносящиеся от генератора. Такое происходит, когда на муфту оказывается инерционная нагрузка, а она заблокирована и при сильной нагрузке проскакивает;
4. Свист ремня может быть признаком заклинившей муфты.

Особые проверки для обгонных муфт генератора

Остальные виды проверки работоспособности обгонной муфты (если устанавливается особенный тип инерционного разъединительного механизма) проводятся в условиях специализированных автосервисов.

Обычная проверка позволяет определить, работает ли механизм или он уже сломался. При детальной проверке на специальных стендах специалисты могут приблизительно сказать, как скоро деталь выйдет из строя.

Выбор нового механизма

Выбор новой обгонной муфты ничем не отличается от подбора другой автозапчасти. Надежней всего обратиться за консультацией в магазин автомобильных запчастей. Продавцу достаточно назвать модель авто и год выпуска. Также поиск обгонных муфт для конкретных генераторов можно производить по каталожному номеру или маркировке на самом изделии (если таковая имеется).

Если автомобилист точно уверен, что автомобиль полностью соответствует заводской комплектации, то подбор нового механизма можно выполнить по ВИН-коду (о том, где искать этот код, и какую информацию об автомобиле он содержит, читайте отдельно).

Многие автомобилисты отдают предпочтение оригинальным автозапчастям, но во многих случаях это не всегда означает, что деталь будет иметь наилучшее качество, а вот цена всегда будет высокой. То же касается и обгонных муфт. Оригинальные варианты для заводской комплектации производит не так уж много компаний. Многие из них поставляют свою продукцию и на вторичный рынок. Достойные внимания бюджетные аналоги оригиналов обгонных муфт предлагают такие бренды, как:

• Французский Valeo;
• Немецкий INA и LUK;
• Американский Gates.

Еще дешевле, но менее качественную продукцию предлагают такие компании:

• Бразильская ZEN;
• Японская Lynxauto, хотя под этим брендом продается продукция, изготавливаемая в других странах;
• Американская WAI;
• Нидерландская Nipparts;
• Итальянская ERA.

Во время покупки детали важно внимательно посмотреть на изделие. Любые механические повреждения или визуальные дефекты недопустимы, так как данная запчасть должна иметь идеальную геометрию.

Установка новой обгонной муфты генератора

Обычно замена обгонной муфты производится в условиях специализированного СТО, так как многие современные автомобили имеют сложно устроенное подкапотное пространство, из-за чего доступ к детали затруднен. Также для данной процедуры используется инструмент, который мало где еще применяется, поэтому у обычного автомобилиста зачастую не найдется таких ключей.

Для проведения демонтажа и замены механизма с вала генератора потребуется:

• Специальный съемник для муфты (ему потребуется многогранная насадка с двухсторонней битой);
• Рожковый ключ соответствующего сечения или подходящая головка;
• Динамометрический ключ;
• Вороток Торкс.

Лучше всего работу проводить после демонтажа генератора, так как для замены муфты в некоторых автомобилях нет достаточно места в подкапотном пространстве. В зависимости от того, как организован моторный отсек, работа проводится в следующей последовательности;

• Снимаются клеммы с аккумулятора (о том, как правильно это сделать, рассказывается здесь);
• Ослабляется ремень генератора;
• Демонтируется источник питания;
• При помощи съемника откручивается муфта с вала (при этом вал нужно удерживать, чтобы он не проворачивался);
• Накручивается новый механизм вместо старого;
• Затягивается устройство на валу при помощи динамометрического ключа с усилием около 80Нм;
• Конструкция устанавливается на свое место;
• Подключаются клеммы АКБ.

Одна небольшая особенность замены обгонной муфты. Она обязательно должна быть закрыта пластиковым кожухом (защищает от попадания пыли и посторонних предметов в механизм). Если в комплекте этого элемента не было, его нужно приобрести отдельно.

Как поменять — отремонтировать своими руками

Чтобы заменить/отремонтировать вышедшую из строя муфту, необходимо демонтировать ее с генератора. Для этого следует ослабить натяжение ремня, демонтировать сам генератор, а затем откручивается гайка, фиксирующая муфту на валу.

Установка новой муфты выполняется в обратной последовательности. Единственная сложность заключается в том, что производители используют особый болт, для которого требуется специальный ключ. Обычно в профессиональных наборах инструментов для автомобилистов такая насадка присутствует. Поэтому, подбирая новый набор инструмента для машины, следует обратить внимание на наличие насадки под болт ТРЕКС.

Если говорить о ремонте обгонной муфты, то этот механизм неремонтопригодный, хотя и находятся мастера, которые пытаются восстановить сломанный механизм. Но в случае муфты резон ремонта тот же, что и в случае с заклинившим или сильно изношенным подшипником. Такие элементы всегда следует заменять новыми аналогами.

Видео на тему

Вот небольшое видео об устройстве и назначении обгонных муфт генератора:

Обгонная муфта предназначение и устройство

Вывод

Итак, хотя для старых автомобилей установка на генератор обгонной муфты не является обязательной, этот механизм обеспечивает более плавную работу источника питания, а также предотвращает преждевременный износ ремня привода. Если такие машины спокойно обходятся и без этого элемента, то в современных моделях его наличие обязательно, так как силовой агрегат создает большие крутильные колебания, а при резких переходах с высоких оборотов на режим ХХ инерционный эффект намного выше, чем в маломощных двигателях.

Данные механизмы имеют простую конструкцию, благодаря чему у них большой рабочий ресурс. Но если возникает необходимость в ремонте или замене устройства, лучше обратиться за помощью к специалистам.

В завершение предлагаем небольшое видео о том, как можно проверить обгонную муфту, не снимая ее с генератора:

Признаки неисправности обгонной муфты генератора.

Вопросы и ответы:

Что делает обгонная муфта генератора? Это часть шкива во многих современных моделях авто. Данное устройство обеспечивает плавный ход вала и независимое вращение шкива при однонаправленном движении этих деталей.

Что будет, если заклинит муфта генератора? Появится вибрация ремня генератора, усилится шум от него. Натяжитель начнет издавать щелчки, ремень станет свистеть. Спустя время ремень и его натяжитель изнашивается и разрушается.

Как снять муфту с генератора? Отключается АКБ, демонтируются мешающие детали. Ослабляется и снимается ремень генератора. Удерживается вал шкива (используется динамометрический откалиброванный ключ). Откручивается гайка крепления шкива.