.jpg)
Фрикционы акпп/фрикционные диски
"Современные трансмиссии и новые тенденции в дизайне трансмиссий требуют компактных сцеплений, которые смогли бы обеспечить плавное переключение передач и высокую топливную экономичность. Такие муфты должны быть оснащены подходящими фрикционными устройствами, способными выдерживать высокие температуры и обеспечивать стабильные характеристики трения, а также более высокие коэффициенты трения."
Тенденции и проблемы
Современные глобальные тенденции в проектировании трансмиссии направлены на уменьшение размера коробки и увеличение плотности крутящего момента, повышение эффективности передачи, улучшение качества переключения передач и увеличение долговечности. Кроме того, недавние разработки восьмиступенчатых и десятиступенчатых автоматических коробок передач создали потребность в фрикционных материалах, способных выдерживать повышенную плотность мощности и повышенный уровень энергии. Наряду с требованием минимальных изменений размеров накладки, более плавное включение сцепления требует изменения кривой крутящего момента трения для поддержания положительной управляемости (соотношение u - v) в течение всего срока службы трансмиссии в различных условиях эксплуатации, включая режимы с более высоким моментом.Химические и физические взаимодействия различных жидкостей с фрикционными материалами играют ключевую роль. Элементы мокрого трения используются в переключающих или пусковых муфтах внутри обычных ступенчатых автоматических трансмиссий, трансмиссий с двойным сцеплением (DCT) и трансмиссий с постоянной регулировкой (CVT), а также в блокировочных муфтах гидротрансформатора, муфтах для трансмиссии и разъединительных муфтах в гибридных версиях.
Различные конструкции сцеплений предъявляют высокие требования к применяемым элементам мокрого трения, которые не только должны обеспечивать стабильные характеристики трения и высокую термостойкость, но также должны выдерживать более высокий крутящий момент и/или ограниченный расход масла. Более высокий крутящий момент может быть получен либо за счет использования материалов с высоким коэффициентом трения, либо за счет использования более высоких удельных нагрузок при приложении более высокого давления. Использование инструментов моделирования может помочь оптимизировать конструкцию фрикционной пластины для уменьшения крутящего момента сопротивления. Новые идеи в конструкции стержневой пластины уменьшают осевую длину, вес и стоимость.
Этапы разработки конструкции фрикционной пластины
В соответствии с конкретными требованиями для каждого применения конструкция фрикционной пластины уникальна для каждого отдельного применения. Процесс проектирования начинается с Утверждения требований (SOR) от заказчика. Первым шагом в этом процессе является проверка геометрической компоновки путем расчета чистого давления на основе требуемой мощности крутящего момента. Второй шаг-это тепловой расчет температуры поверхности раздела и температуры на выходе масла. Ввод здесь - это цикл смены, выполняемый заказчиком.
Третий шаг-расчет момента сопротивления с использованием аналитических инструментов, CFD и инструментов моделирования нейронных сетей. Четвертый шаг-это прогнозирование срока службы с использованием рабочего цикла клиента в качестве входных данных.
Основываясь на испытаниях на долговечность на различных энергетических уровнях, можно предсказать срок службы системы трения. Результатом всего процесса является определение конструкции фрикционной пластины с точки зрения облицовочного/фрикционного материала, геометрии канавок и геометрии основной пластины, а также определение производства с точки зрения сегментации и последующей обработки.
Высокая поверхностная адсорбционная способность
Современные фрикционные материалы обладают повышенной термостойкостью, что обеспечивает более безопасную эксплуатацию в течение всего срока службы даже при меньших потоках охлаждения. Однако повышенные требования к новым конструкциям трансмиссий требуют дальнейших и непрерывных усовершенствований, таких как элементы трения с высокой поверхностной адсорбционной способностью, которые легко адсорбируют модификаторы трения масла в жидкости автоматической трансмиссии (ATF) сильно на поверхности, не подвергаясь воздействию пониженного ATF.
Результаты испытания на прочность фрикционного материала при пусках с высокой энергией
Результаты испытания на долговечность фрикционного материала при высоких сдвигах давления в футеровке
Разработано новое семейство фрикционных материалов
Один фрикционный материал из этого семейства называется BW 691 0, который специально разработан для муфт мокрого пуска, блокировок гидротрансформатора, муфт передачи крутящего момента и гибридных муфт разъединения. Материал обеспечивает устойчивость к разложению масла и остеклению даже при использовании современного низковязкого масла. Способность материала выдерживать высокие температуры на границе раздела и поддерживать стабильную и устойчивую характеристику µ - v (устойчивость к дрожанию) является фактором, способствующим концепции низкой смазки.
В этом случае уменьшение расхода охлаждающего масла позволяет использовать более эффективные насосные системы и оптимизировать эффективность трансмиссии. Кроме того, материал позволяет выдерживать более высокое поверхностное давление. Это дает возможность уменьшить количество поверхностей или уменьшить диаметр трения. Измерения вибрации транспортного средства при ускорении в условиях микропробуксовки подтвердили преимущество этого типа материала по сравнению со стандартным фрикционным материалом для запуска.
Сопротивление Горячей Точке
Новые архитектуры автоматической коробки передач требуют более высокой дифференциальной скорости на элементах сцепления переключения передач. Возникающие экстремальные условия переключения при скорости 70 м/с в сочетании с очень низким расходом масла приводят к сильному накоплению горячих точек на сепараторах.
Новое семейство материалов BW 5000 было специально разработано для этих применений. Этот материал чрезвычайно эластичен, имеет однородную поверхность для удержания масла и высокотемпературную волокнистую поверхность. Целевыми приложениями являются переключающие муфты в новых современных автоматических коробках передач.
Уменьшение Момента Сопротивления
Снижение потерь на лобовое сопротивление играет важную роль в системах мокрого сцепления. Существуют различные параметры, которые могут привести к потерям сопротивления внутри мокрого сцепления. Например, в трансмиссии с двойным сцеплением потери на лобовое сопротивление можно разделить на три основные категории: во время предварительного выбора. Потери на холостом ходу и потери на сопротивление уплотнительным кольцам или подшипникам.
Аналитический расчет снижения момента сопротивления
Иллюстрация двухэтапного дизайна накладки
Температура охлаждающего масла также играет важную роль. Однако большинство из этих негативных эффектов могут быть уменьшены или предотвращены с помощью программной оптимизации в блоке управления передачей (TCM) или путем внедрения встроенной системы запуска-остановки (старт-стоп). Тем не менее, оптимизация конструкции сцепления и усовершенствование применяемого фрикционного материала являются дополнительными возможностями для снижения крутящего момента сопротивления.
Для этой цели существуют различные инструменты расчета, которые могут быть использованы для надежного прогнозирования момента сопротивления. Аналитическое моделирование использует расчетную программу с корректировкой по фактическим измерениям. Метод нейронной сети использует искусственный интеллект для прогнозирования момента сопротивления на основе ранее собранных данных измерений. Третий метод-использование программного обеспечения CFD для выполнения точных расчетов поведения жидкости внутри муфты. Последние расчеты в конечном итоге привели к следующим различным решениям конструкции фрикционных материалов – в зависимости от соответствующего применения – для эффективного снижения крутящего момента сопротивления:
• волнистые фрикционные пластины
• волнистые разделительные пластины
Иллюстрация дизайна
• оптимизированный рисунок канавок
• активное разделение
• двухступенчатая подкладка.
Двухступенчатая накладка-это новая концепция, в которой на поверхности трения используются два разных фрикционных материала. Базовый фрикционный материал, подходящий для конкретного применения, дополненный дополнительными областями со вторым очень эластичным материалом увеличенной толщины. Когда муфта разомкнута, эластичный накладной элемент с дополнительной высотой вызывает активный процесс разделения и предотвращает попадание фрикционной поверхности на поверхность сепаратора. Эта концепция приводит к заметному улучшению крутящего момента при лобовом сопротивлении по сравнению с волнообразным обозначением пластины. Это также улучшает управляемость при низкой температуре и низком давлении и приводит к меньшему падению на высоких оборотах двигателя.
Модификации Сердечниковой Пластины
Помимо конструкции фрикционной пластины, существует дополнительный потенциал для оптимизации за счет изменения конструкции основной пластины. Одной из новых концепций является дизайн подшитого сплайна. Здесь листовая сталь сердечника в области шлица сложена вдвое, для уменьшения длины блока сцепления без уменьшения площади контакта шлицев.
В существующей муфте можно увеличить площадь контакта без увеличения длины блока сцепления или избежать дорогостоящей термической обработки, такой как азотирование, при возникновении проблем с забиванием. Таким образом, конструкция подшитого шлица помогает снизить вес, осевое пространство и материальные затраты, обеспечивая при этом одинаковую площадь контакта шлица.
Дальнейшим методом модификации является сегментация сердечниковых пластин. Эта новая технология позволяет значительно лучше использовать материал из листовой стали, что является разумным вкладом в усилия по снижению затрат. Компания BorgWarner разработала процесс серийного производства и начала серийное производство с 2012.
Последние тенденции в области автоматической коробки передач также требуют усовершенствования используемых фрикционных материалов. Выбор подходящего продукта трения зависит от соответствующего применения и должен быть предсказан с помощью инструментов моделирования в тесном сотрудничестве с производителями трансмиссий и транспортных средств, чтобы гарантировать оптимальный результат. Это моделирование помогает надежно предсказать момент сопротивления и позволяет оптимизировать слои фрикционных пластин на этапе проектирования. Новый фрикционный материал BorgWarner BW 691 0 позволяет производить системы сцепления с высокой плотностью крутящего момента и низким содержанием смазки, повышенной долговечностью и повышенной надежностью NVH. Снижение расхода охлаждающего масла (стратегия с низким содержанием смазки) дополнительно помогает оптимизировать эффективность трансмиссии. Более того, оптимизированные фрикционные материалы, такие как семейство BW 5000, позволяют выполнять переключения на высоких дифференциальных скоростях.
Иллюстрация сегментированной сердцевинной пластины
Подведем итог так что же такое фрикционы?
"Фрикционы и стальные диски" - это элементы автоматической коробки переключения передач, которые служат для "включения сцепления" и передачи крутящего момента от двигателя. Фрикцион состоит из стального диска, на который наклеена фрикционная накладка. Фрикционы - самый популярный расходный элемент при кап.ремонте АКПП (после фильтра и ремкомплекта прокладок и сальников).
ФРИКЦИОН
Когда меняют фрикционы?
- Чаще всего мастер сначала разбирает коробку передач, определяет состояние фрикционных дисков, тормозных лент, проверяют зазоры в пакетах и только потом, если требуется замена, заказывают новые фрикционы.
- Если сгорели или износились фрикционы только одного пакета сцепления, а масло при этом не имело запах горелего, и пробег относительно небольшой для данной модели АКПП , то имеет смысл заменить только изношенные фрикционы. Тогда заказывают только 3-6 нужных дисков фрикционов. Остальные фрикционы проверяются на повреждения и толщину накладки и если зазоры между фрикционами в допуске, то они могут штатно работать еще длительное время. (мастер оценивает толщину накладки старого фрикционного покрытия, чтобы определить оставшийся ресурс. Изношенные фрикционы могут переключаться с толчками, если зазоры в пакетах сцеплений будут больше нормы)
- Если сгорели фрикционы нескольких пакетов, а с ними вместе и часть стальных дисков (об этом говорят задиры или цветовой оттенок на поверхности дисков) , то положено заменить весь комплект фрикционов и стальных дисков. (во многих к примеру американских штатах, законом обязывают менять все фрикционные диски и тормозные ленты, если сгоревшая коробка пришла в капремонт, под угрозой лишения лицензии.)
Фрикционы АКПП (фрикционные диски)
Фрикционное покрытие пропитанное горелым маслом,гораздо хуже впитывает и пропускает через себя масло, тем самым плохо отводит тепло с поверхности диска, при его касании со стальным диском во время работы . А это очень скоро приведет к проблемам при переключении (рывки, удары, толчки) затем к проскальзыванию и сгоранию таких фрикционов. Может через несколько недель, а может и через несколько месяцев. Точную дату сказать невозможно.
Фрикционы как правило горят раньше срока не потому что "слабые" или "дешевые", а обычно из-за масляного голодания. Когда из-за потерь давления в линии, поршни не дожимают фрикционы друг к другу с нужным усилием. Поэтому ставить "усиленные" фрикционы не заменив при этом источник проблем - это гарантировать скорое сгорание "усиленных" фрикционов.
Фрикционы подбираются производителями с разной фрикционной накладкой, в зависимости от особенностей каждой модели трансмиссии.
- Одни фрикционы - бежевые, целлюлозные, для тех пакетов, которые в основном работают на истирание.
- Другие - серые или серо-зеленые, для пакетов, которые чаще перегреваются и сгорают.
- В третьи могут ставить самые дорогие - серо-зеленые с основой из графитового волокна.
- У каждого материала есть свои преимущества и свои недостатки.Фрикционные накладки могут иметь прорезанные канавки для отвода масла.
}
Для чего нужны в АКПП фрикционы и стальные диски?
Фрикционы работают в паре со стальными дисками по аналогии со сцеплением механических КПП. Прижимаясь к стальным дискам, они соединяют два вращающихся вала АКПП. Фрикционы собраны в пакет (который еще называют "корзиной сцепления") и он имеет два состояния: "рабочее" - заблокированное, когда фрикционы сжаты со стальными дисками через поршень и "свободное" - когда между фрикционами остается рабочий зазор и сцепления нет. В разомкнутом состоянии фрикционы со стальными дисками вращаются с разными скоростями.
Таких пакетов с фрикционами в АКПП бывает от 3-х (плюс тормозная лента) до 7-ми и больше.
Работой пакетов управляет компьютер путем изменения давления масла подаваемого гидроблоком - соленоидами, в пакеты сцепления. Гидроблок - с помощью соленоидов электроклапанов, гидравликой нажимает на поршни, сжимая фрикционы с стальными дисками одних пакетов и, сбрасывая давление в других, позволяет пружинам разжимать фрикционы в нерабочих пакетах.
Какие бывают фрикционы?
Кроме обычных двусторонних фрикционов с внутренним зубом и стальных дисков с наружным зубом стали использоваться комбинированные: сталь-фрикцион.
Односторонние фрикционы с одной стороны - фрикционная накладка, а с другой - голая стальная поверхность. Такие фрикционы первичного вала могут иметь внутренний зуб, а ответные односторонние фрикционы (вторичного вала) - наружный зуб.
В легендарных коробках AL4 и Мерседесовских 722.6, впервые массово стали использовать односторонние фрикционы. Только французы (DP0) сделали это скорее для удешевления и экономии, а немцы (722.6) - с удорожанием, из соображений компактности, управляемости и надежности.
Сейчас существует много коробок, где в один из часто сгорающих пакетов введены односторонние фрикционы в качестве более эффективно работающих и более устойчивых к сгоранию.
Материал фрикционной накладки в большинстве случаев имеет целлюлозную основу, пропитанную специальными смолами, чтобы надежно схватываться со стальным диском и без проскальзывания передавать крутящий момент от двигателя.
В пакетах, где фрикционы часто перегреваются, фрикционные накладки могут иметь насечки для отвода масла. В наиболее важных пакетах насечки имеют спиралевидную форму, и устанавливаются строго по направлению движения. Насечка здесь хотя и уменьшает рабочую площадь, но увеличивает скорость прохождения масла через этот канал и лучше охлаждает поверхность. При износе глубины насечки поток масла уменьшается, что может привести летом к перегреву и ускоренному сгоранию пакетов фрикционов.
Накладка фрикциона может изготавливаться также на графитовой или кевларовой основе. Но нужно сказать, что тот же мировой гигант ВorgWarner, производящий фрикционы для одной и той же коробки выпускает одновременно и фрикционы с целлюлозной основой без насечек, и на кевларовой основе, исходя из особенностей работы коробки. Эта особенность учтена в регулировках гидроблока.
Производители не раскрывают состав и тип материала накладки фрикциона. Фрикционы поставляются именно из того материала, который должен по расчетам производителя использоваться в этом пакете.
Кевларовые или графитовые фрикционные накладки выдерживают без потери качества довольно длительную работу при температуре до +140º. Эти материалы дороже обычных и встречаются на рынке только для отдельных пакетов АКПП. Общее их количество не превышает 3-5% от всего количества продаваемых фрикционов. У таких комплектов в названии встречается аббревиатура: HEG или "Power Pack". Стоит отметить, что за повышенную температурную стойкость приходится платить худшими характеристиками по скольжению и стабильности материала по мере износа.
Для наклейки накладки на поверхность стального диска наносится клеевое-лаковое покрытие, которое обычно состоит из смол, с температурой плавления 180-200º. Эта температура плавления выбирается настолько высокой, чтобы при рабочем нагреве масла в АКПП клей не расплавился. И настолько низкой, чтобы сэкономить при наклеивании накладки на заводе. Фрикционная накладка наклеивается на стальную поверхность прессованием в токах высокой частоты, разогревающими клеевой слой.
Эта клеевая основа и является «главным врагом» гидроблока и соленоидов.
_872x654-equal.jpg)
