Подшипниковые истории. Обгонная муфта.

Один из самых интересных и необычных подшипниковых узлов в современном автомобиле — это обгонная муфта. В частности, та которая установлена на генераторе.

Предистория и применение.

Основная идея ее появления заключается в необходимости сгладить динамические нагрузки для ремня, и других подшипниковых узлов, расположенных на одном ремне с ней и шкивом двигателя. Необходимость ее использования часто подвергается сомнению, к апелляцией к не столь давним временам, когда ее не применяли. Ну т.е. было же раньше на дизелях простое решение — просто шкив, просто ремень ). И типа этот ваш ремень, с муфтой на пару, не сильно дольше стал выхаживать.
Тут надо учесть несколько немаловажных деталей. Во первых, очень часто навесные агрегаты разводили по разным ремням, соответственно, всевозможные нагрузки на связке двигатель-генератор никак не влияли на компрессор кондиционера или гидроусилитель. Во вторых, общее движение в сторону повышенной экологичности и минимальных сопутствующих затрат (не будем сейчас обсуждать абсурдность некоторых подходов в долгосроке) влечет за собой изменения и в подшипниковых узлах, в том числе и в вопросе сокращения вязкости смазки. Соответственно, подшипники становятся более уязвимыми. Поэтому, в первую очередь, обгонные муфты ставят именно на генераторы (у которых приличный момент инерции ротора) и на дизельные машины (у которых большая неравномерность усилий на ремне в цикле).

Конструктивные особеннности.

Конструктивно обгонная муфта выполнена как подшипник, обладающий простым свойством — при вращении в одну сторону он функционирует как жесткая связка внешней и внутренней обоймы (т.е. как простая железная чушка), а если начать вращать ось или внешнюю обойму в другую сторону или с разными скоростями — происходит проскальзывание. Таким образом, конструкция обгонной муфты дает возможность внутреннему валу, например, обогнать по скорости вращения внешний вал, с которым они до этого крутились синхронно.

Практически в случае генератора это выглядит так — если мы мгновенно остановим раскрученный двигатель, мы увидим как вал генератора продолжает крутиться, теряя обороты при мертво стоящем ремне и шкиве по которому он идет — вал генератора прокручивается в муфте. Но при этом, если двигатель наоборот набирает обороты — раскручивает генератор, никакого проскальзывания нет. Т.е. двигатель момент вращения на генератор всегда передает безусловно (толчок сгорания в цилиндре), а вот замедления двигателя (интервал между толчками сгорания или резкий сброс газа) на генератор не передается.
Этим обгонная муфта, собственно, отличается от вискомуфты, у которой коэффициент проскальзывания всегда имеет место, в какую сторону бы не крутился внутренняя и внешняя обойма.

Такой функционал обеспечивается особым внутренним устройством подшипника обгонной муфты. Этот подшипник представляет из себя ролики особой формы. В зависимости от исполнения эти ролики могут либо прокручиваться вокруг своей оси, либо быть просто подпружиненными. Внешняя же (или внутренняя) обойма может быть выполнена с фиксирующими выточками определенной формы. Соответственно, при движении внутренней обоймы относительно внешней в одну сторону наши ролики либо скользят, либо крутятся, проскальзывая по этим выточкам, при движении в другую сторону цепляются за выточки своими гранями, образуя жесткое зацепление.

Примеры разбора обгонных муфт на одну машину разных производителей
www.drive2.ru/l/7649859/
www.drive2.ru/l/9983836/

Какие выводы можно сделать из этого? Во первых, несмотря на то что обгонная муфта по идее простая железка с запрессованнымт в нее подшипниками (т.к. к специальному подшипнику часто добавляют два опорных, роликовых или шариковым по краям), вариант "выпрессовали, а потом легко обратно запрессовали" может быть совершенно бессмыслен. Точность подгонки и посадки, "пружинистые" элементы — делают домашний ремонт (?!) обгонной муфты не имеющим особого смысла для большинства автолюбителей.
Тем более, что по сути симптомы смерти обгонной муфты, могут иметь два вида, и оба практически безнадежны
Первый — это проскальзывание муфты, т.е. муфта начинает проскальзывать в обе стороны. Обычно это говорит о критическом износе либо роликов, либо выточек под них в обойме, либо поломке пружинистых элементов.
Исправить это в домашних условиях практически невозможно.
Обычно это проявляет себя исчезновением зарядки — двигатель работает, а на генератор момент вращения практически не передается.
Второй — наоборот, заклинивание муфты, когда она перестает проскальзывать. Об этом нам сигнализирует вибрацие, повышенные шумы, активное срабатывание натяжителя ремня. В отличии от первой ситуации можно какое-то время ездить и так, но скорее всего это закончится ускоренным выходом из строя следующего слабого звена — одного из подшипников роликов/навесных агрегатов/амортизатора натяжителя
Заклинивает муфту опять же из-за поломки пружинистых элементов либо из-за ускоренного корродирования опорных или основного подшипника. К этому моменту пытаться как-то ее реанимировать тоже особого смысла не имеет.

Отдельно подшипниковые элементы в природе конечно существуют, и производители их даже поставляют крупным потребителям, но купить их простому автолюбителю так, чтобы они подошли именно к его корпусу обгонной муфты сложно, равно как и сложно посадить как следует на обоймы. Да и их цена не сильно ниже стоимости новой муфты.

Впрочем, есть еще и варианты на алиэкспрессе, и если вам не боязно купить Мочу, возможно реставрация муфты на круг обойдется вам дешевле покупки новой.

Видео примера перепрессовки подшипника:

Итак, к сожалению эксклюзивность конструкции обгонной муфты оборачивается ее малой ремонтопригодностью. Так ли это плачевно?

Если поизучать форумы и тот же самый драйв можно сделать вывод, что муфта при гражданской эксплуатации ходит от 50 до 140-160 тысяч километров. Вероятно это связано как с количеством городской эксплуатации, так и с исправностью всех остальных компонентов. При цене муфты даже именитого производителя типа INA от 1500 до 4000-5000 рублей, наверное это все не так трагично, хотя конечно и печально.

Несомненно, в данном случае есть факторы, которые усугубляют условия эксплуатации. По сути, муфта и тонкий ее механизм изолированы от окружающей среды только стандартными уплотнениями подшипников. Вдобавок спереди еще вставляется резино-пластиковая заглушка. Сзади же частично уплотнитель подшипника прикрыт посадочной шайбой. У разных производителей конечно могут быть вариации, но в целом устройство не меняется.
Такая конструкция хорошо противостоит умеренно пыльным дорогам, а также водным процедурам от луж. Но естественно, никакой герметичности в условиях полного погружения генератора тут не будет. Более того, разогретая муфта попадая в воду и работая там охлаждаясь норовит втянуть в себя воду.
Ну и конечно, пластико-резиновая заглушка норовит порваться, дополнительно набирая воду на посадочную резьбу муфты на вал генератора.

Никакого способа предохранения муфты в такой ситуации не существует, кроме переноса генератора на верх двигателя. Любая машина, которая со вкусом и радостью любит преодолевать водные преграды попадает в группу риска. В пределе, даже одиночное длительное тарахтение в воде по генератор может через месяц привести к клину муфты от коррозии.

К сожалению, те же самые производители, которые крайне не рекомендуют домашние сборки-разборки муфты, параллельно заявляют что ряд их муфт не подлежат пересмазыванию. К сожалению, в этом есть определенная логика — как следует промыть муфту от скомпрометированной смазки сложно, и также сложно туда разместить свежую — особенно в варианте с роликовыми опорными подшипниками по краям.

Также, не менее сложно разобраться в том, какая в муфту положена смазка. К сожалению, прямых указаний на использованную смазку в маркировке обгонных муфт нет. Более того, нет и окончательного понимания того, какая она там должна быть.

Вообще, исходя из общего режима работы можно ожидать, что смазка должна быть немного более вязкая чем подшипники генератора (потому что те-то работают все время, а муфта периодически). Но специфическое устройство внутренних роликов может накладывать на это ограничения. Например, при более вязкой смазки, пружинки могут выталкивать ролики в пазы медленнее. Особенно эта проблема должна иметь место зимой, когда густая смазка просто встанет колом и муфты потеряет всякую способность к блокировке пока не прогреется, или наоборот, не будет разблокироваться (что на первый взгляд менее печально, но в долгосроке может сказаться на износе).

Я попытался обратиться, как обычно, к первоистокам. В частности, поизучать, что закладывают в свои муфты крупные производители. Не все они, к сожалению, открытые перед народом.
Посмотрим например, что предлагает к закладке такой производитель как GMN.
Предлагает он, как видите, как минимум две смазки — одну от горячо любимого Клюбер — ISOFLEX® LDS 18 SPECIAL A

Из описания:
ISOFLEX® LDS 18 SPECIAL A – это динамически лёгкая
долговременная смазка для подшипников качения и
скольжения. Она состоит из масла на основе сложных
эфиров, минерального масла и литиевого мыла. Смазка
стойка к окислению и старению, водостойка и надёжно
защищает от коррозии.
Применение
ISOFLEX® LDS 18 SPECIAL A пригодна для подшипников
качения и скольжения при низких температурах и/или
высоких скоростях, например, шпинделей фрез, станков,
подшипников шпинделей, текстильных шпинделей,
подшипников шпинделей ОЕ турбин, подшипников в точной
механике и оптике.

Что нам интересно из техпаспорта
1) состав на самом деле включает в себя не только полиэфирное масло, но и минеральное, т.е. это бленда
2) загуститель — литиевое мыло(!) а не модная полимочевина. Т.е. либо GMN считает что смазка в обгонной муфте даже до 100 градусов не догревается, либо что прерывистый характер работы муфты сократит общее время наработки.
3) кинематическая вязкость — 15сст. И отличный момент низкотемпературного сдвига по IP 186 — меньше 1Нм.
Т.е. здесь явно сделан упор на то, что ролики должны легко выталкиваться в свои пазики, даже зимой — причем, вероятно, все же в ущерб общему ресурсу. Тем более что вязкость при 100гр у этой смазки всего 3.5сст. Либо, что тоже как вариант, почему-то считается что нагрузка на муфту так мала, что этой вязкости хватит.

С последним сложно согласится, т.к. все же натянутый ремень дает приличное радиальное усилие, и хотя конечно роликовые подшипники в муфте лучше с ним работают чем шарикоподшипники в генераторных, все равно у меня сомнения.
Т.е. еще раз повторюсь — все выглядит так, что производитель муфт считает что муфта вообще не будет практически греться относительно базовых 40 градусов вязкости, а по факту чаще всего будет холоднее.

Вторая смазка из рекомендаций GMN — Shell Alvania RS. Найти на нее документацию не удалось.

Также в рекомендациях GMN упоминаются еще две смазки от Клюбер
Bio BM72-50 и HB72-102
По второй мне удалось найти паспорт смазки.

Выдержка из него:

Klübersynth HB 72-102 – это синтетическая смазка, которая
покрывает широкий диапазон температур, как это
необходимо, например, в автомобильной промышленности.
Состав продукта в виде масла из сложных эфиров,
загустителя из полимочевины и специально подобранных
присадок обеспечивает равномерную подачу масла
небольшими количествами при различных температурах в
течение долгого времени. Хорошая стойкость к холодной и
горячей воде и высокоэффективная защита от коррозии
помогают дополнительно поддерживать надежную работу
подшипника. Тесты с материалами уплотнений типа FPM,
ACM и NBR подтверждают хорошую совместимость с
эластомерами.
Применение
Klübersynth HB 72-102 специально разработана для смазки
на весь срок службы выжимных подшипников сцепления в
автомобильной промышленности и допущена к
использованию. Учтены дополнительные требования
повышенной защиты от коррозии. Благодаря
функциональной способности Klübersynth HB 72-102 ее
применение возможно, например, для смазки
шарикоподшипников в натяжных роликах ремня и
электродвигателях.

Тут, как мы видим, парадигма изменилась, и загуститель превратился в полимочевинный. Сам шанс того, что в муфте может оказаться полимочевинная смазка сводит на нет возможность произвольного добавления смазки в узел, т.к. полимочевина очень плохо совместима с другими типами загустителей. К сожалению, на этом непонятки не заканчиваются — вязкость этой смазки около 95сст при 40 градусах (и 14 при 100градусах).
Абсолютно непонятно, столь существенные различия в вязкости смазки вызваны разностями конструкций или предполагаемым температурным режимом эксплуатации (полимочевина лучше держит высокие температуры и при них (при 100гр), как мы видим, вязкость приближается к вязкости первой смазки при 40 гр.

Посмотрим, какого мнения придерживается производитель INA.

Тот вообще изрядно шифруется. Типа первичной смазки должно хватит которой мы закладываем. Рассчитать интервал службы смазки типа невозможно. Используйте специальные смазки. Если нужно повторное смазывание — выполните его дескать маслом.
Отдельно обратим внимание на мнение о том, что если муфта разогревается сильнее 70 градусов, нужно использовать маслопогруженные муфты :)
Вывод — производители считают, что для обгонной муфты с консистентной смазкой (автомобильной) нормальные температурные режимы лежат сильно ниже 70гр.
Посмотрим на классы вязкости — при температурах от 15 до 90 градусов при смазывании маслом предлагается ISO VG32. Т.е. опять же — маловязкая смазка с вязкостью 32сст при 40градусах.

Посмотрим, что предлагает в своем гигантском мануале производитель NBS (итальянская компания, с производством на текущий момент де-факто в китае).
В ее случае сложность заключается, что в одном многостраничном документе судя по всему приведены данные по всем обгонным муфтам, включая и промышленные. Соответственно, список использованных смазок совершенно непонятн по какому принципу составлен.
Причем здесь фигурирует рекомендация:
СО СМАЗКОЙ: требуется выполнение минимального обслуживания. Каждые два года, необходимо осмотреть и, при необходимости, долить смазки в узел.

Список смазок и ключевые параметры:
Aralub HL2 (минералка/литиевое мыло/ вязкость 100/9) — c ЕР добавками?
BP Energrease LS2 (минералка/литиевое мыло/ вязкость 110/?)
Castrol SPHEEROL MP 2 (минералка/литиевое мыло/ вязкость 150-200/?) с ер добавками
Esso Unirex N2 (минералка/литиевый комплекс/вязкость 112/?)
Fuch RENOLIT LZR 2 (минералка/литиевое мыло/ вязкость 200/?)
Kluber Klübersynth BM 44-42 (синтетика/?/?)
Mobil Polyrex EM (минералка/полимочевина/ вязкость 115/12,2)
Shell Alvania RL2 — теперь Gadus S2 V100-2 (минералка/литиевое мыло/ вязкость 100/10,2)
Total Multis 2 (минералка/литий-кальциевое комплексное мыло/ вязкость 150/?)

Как видим, в данном случае все смазки вязкие, что наводит на мысль, что предназначены они не для автомобильных муфт, тем более при такой вязкости, да минеральной основе муфты могут зимой встать колом. Тем не менее, я считаю, что необходимо привести эти данные, для того, чтобы рассмотрение вопроса была объективным

Посмотрим еще данные от компании Renold. Они тоже производитель широкого спектра обгонных муфт и у них есть клевый ролик про механизм работы одного из типов обгонных муфт.

Если мы внимательно посмотрели ролик, то мы поймем почему в описании смазочных агентов в их проспекте есть фраза

"Under no circumstances should lubricant be usedcontaining EP additives." — т.е. недопустимо применять смазки с выраженными ЕР свойствами.

Дело в том, что работа смазок с присадками ЕР (для высоких нагрузок) основана либо на понижении трения скольжения металла (например с дисульфидом молибдена), либо преобразовании верхнего слоя металла в более "стесываемый" для избежания задиров при особо высоких нагрузках.
Глядя на ролик мы видим, что один из механизмов "блокировки" вращения в одну сторону — постановка "в распор" роликов особой формы. Т.е. в одну сторону они "отжимаются" и проскальзывают по обойме, а в другуй сторону встают в расклин (выдавливая смазку из зоны контакта). Если будут применены плакирующие присадки, то вставший в расклин ролик все равно может пытаться скользить по обойме (т.к. дисульфид молибдена и применяется для сохранения трения если по какой-то причине смазка покинула точку контакта), либо размягченный ЕР присадками металл обоймы/роликов будет "скруглять углы" постепенно истираясь и убирая зацепление. Если для авто это чревато лишь пропаданием зарядки, то для промышленности это может окончится аварией и катастрофой.

Что касается смазок, Ренолд их закладывает
Mobilgrease MP (минерал/литий-комплекс/150/?)
Shell ALBIDA R2 (минерал/литий-комплекс/ 100/?)
RENOLIT MP 2 (минерал/литий мыло/ 102/11,5)

Видно, что тут речь идет скорее о эксплуатации их обгонных муфт в теплое время или в условиях цеха.

И еще один клевый ролик от них же про другой тип механизма работы обгонных муфт

Вывод который можно сделать очень прост — работа муфты напрямую зависит от смазки. Если смазки нет, то в режиме "проскальзывания" ролики и обойма очень быстро изнашиваются, так как там прямое трение скольжения.
Вот еще наглядно

Вот еще один очень интересный ролик про устройства различных обгонных муфт. Естественно на английском, надеюсь все им владеют?

И вот еще один — правда уже про совсем промышленный вариант, но тоже очень наглядно

Еще выдержка из техдаты производителя Marland Clutch.

Тут есть и упоминание смазок (Лубриплат Аэро, литиевый-комплексный загуститель, синтетическая основа, вязкость 22сст), но и печальная ремарка.
Почему нельзя в смазках добавок типа дисульфида молибдена или графита мы уже обсудили выше. Но почему-то этот производитель (по крайней мере про свои обгонки) утверждает, что заменять или добавлять смазки в их обгонки с опережением ВНУТРЕННЕГО кольца (а это кстати режим именно автомобильных обгонок в том числе) — НЕЛЬЗЯ.

Отдельно затронем вопрос нагрузочной способности. Несмотря на общую схожесть ряда обгонных муфт одного и того же производителя, подшипники в них зачастую рассчитаны на существенно различные нагрузки. и различные предельные частоты вращения. В первую очередь это предупреждение адресовано тем, кто любит "подгонять" обгонные муфты от разных моделей автомобилей с разными размерами шкива и/или подгонными шайбами по вылету. Таким образом, установка муфты рассчитанной на меньшие обороты (например на бензиновый двигатель вместо дизельного двигателя) может окончиться ускоренным износом и разрушением.

Отдельно затрону вопрос "она с новья туго прокручивается и шелестит. Может ее обмакнуть в масло"?
Отдельно для maximych уточняю, что по факту проведенного расследования, шелест и тугое прокручивание при малых оборотах для обгонной муфты это нормальное поведение. При наборе оборотов, в зависимости от конструкции либо центробежная сила отклоняет ролики, уменьшая зацепление, либо маловязкая(!) смазка с оборотами набирает масляной клин и сила трения резко падает.
Я провел наглядный эксперимент и пришел к выводу, что с ростом оборотов удерживать внешнее кольцо обгонной муфты все легче :)

Так что макать новую муфту в масло не надо. Тем более с SMT.

Подведем итоги.
В отличии от своих предыдущих статей, здесь я не могу ничего жизнеутверждающего сказать :)
Поэтому тезисно мои выводы

1) Муфта — это штука которую нельзя мочить и макать в грязь. По крайней мере крайней нежелательно.
2) Домашний ремонт муфты малоосмысленен. Пока она рабочая — сборка разборка ее скорее ухайдакает. Когда она умерла — то уже умерла
3) Домашняя перепрессовка подшипника муфты возможна, но экономически малоцелесообразна.
Исключение — если точно известны данные старого подшипника и какая-нибудь Моча с Алиэкспресс все же будет хоть сколько-то ходить после кустарной запрессовки, в то время как родная муфта (и ее заменители) стоят космических денег
4) Муфта крайне нуждается в смазке. Но пересмазывание категорически затруднено и ее конструкцией, и отсутствием понимания конкретных необходимых смазок. Часть из того, что возможно в нее закладывают большинство в своих арсеналах не имеет (сверхмаловязкие смазки на полиэфирах с полимочевинным загустителем). Это же и усложняет вопрос "докладывания" смазки, т.к. полимочевина с другими загустителями совсем не совместима.
5) Для смазывания муфт неприменимы особо вязкие смазки типа горячо любимой "синенькой" мобил XHP222и прочие с индустриальной вязкостью 220. Также неприменимы смазки с конской дозой ЕР или твердыми присадками типа дисульфида молибдена или графита. Также нежелательно применение смазок с органомолибденом.
6) Муфта очень клевый интересный механизм. И сфера его использования куда как больше, чем можно было бы подумать глядя на генератор автомобиля )))

Ну и ролик, о том как можно сделать обгонную муфту для игр и демонстраций на 3d принтере :)

Всем общий привет, за рулем не бухаем, дома не сидим

Если вам понравились буковки в записи кормим Лайку, если есть вопросы пишем в комментариях.
Понимание того что читателям интересен материал, его подача или он по крайней мере порождает продуктивную дискуссию стимулирует к написанию новых статей.
Подписывайтесь, репостите.

Также можно посмотреть следующие записи:

Путешествия:
Вдоль Прибалтики к Калиниграду.
Волшебное заполярье. Я и маленькая дочка, дома не сидим!
Вдоль Кавказа и до Крыма
Еще один Крым. Наш-не-наш
Прогулка по Грузии
Покатушка до Бермамыта и окрестности
Как поехать в Заонежье с малышом и не пропасть
Покатушки:
Лосиная ферма в Сумароково
Синие озера и исчезающие терриконы
До Калуги под Землю и в Космос.
Поездка в поисках Ретро в музей Джанкярда
Гремячий Ключ
Музей узкоколейной техники

Исследования и заметки:
Замеры усилия сдвига 15 консистентных смазок при -29/-30
Гальванические процессы при смазке медной смазкой
Смазка для ступичных подшипников.
Почему "синьку" нельзя намазывать на хлеб и не только
Замеры усилия сдвига смазок при -23/-25
Исследования по смазке болтов в условиях водной среды
Величие и падение Биткоина. Спекуляции и психология
Все что вы хотели знать о теории смазок
Про беспрецедентный рост зарплат :)
Обзор фонаря Панда 3
Все о выборе фонариков для жизни, работы и путешествий