Фрикционы и стальные диски

- Оригинал/Неоригинал, Что выбрать?

- Что входит в Комплект Фрикционов?

- Что входит в Комплект Стальных дисков?

- Как подобрать фрикцион по размерам?

- Как узнать цену или заказать детали?

- Что «сцепляют» стальные и фрикционные диски

Фрикционы и стальные диски - элементы сцепления автоматической коробки, который служит для включения\выключения сцепления и передачи крутящего момента. Фрикцион конструктивно, это — тот же стальной диск, на который наклеена фрикционная накладка. Фрикционы - популярный расходный элемент при капремонте АКПП (после фильтра и ремкомплекта прокладок и сальников).

Фрикционы имеют характеристики: - Наружный диаметр, толщина и количество зубьев (подробнее)

Стальные диски наоборот: Размер указывается по внутреннему диаметру, тому, который без зубьев, чтоб не путаться: с зубом измерять или без зуба?

Чем отличается Оригинал (Borg Warner\Exedy\Dynax от Неоригинала (Rybestos\Lintex\Allomatic)?

Когда надо менять фрикционы? 

Опытные мастера разбирают коробку, определяют состояние фрикционных дисков и тормозных лент, проверяют зазоры в пакетах и после этого заказывают новые фрикционы.

- Если износились фрикционы только одного пакета сцепления, масло при этом не пахло горелым и пробег авто относительно небольшой для данной семьи АКПП, то мастер может заменить только изношенные фрикционы. Часто из экономии заказывают только 3-7 нужных фрикционов.

Остальные фрикционы проверяются на повреждения и толщину накладки. И если зазоры между фрикционами в допуске, то такой пакет может штатно работать еще долго. (Для мастера проще оставить старые фрикционы, которые продержатся гарантийные полгода. Владелец обычно надеется на совсем другие сроки. Изношенные фрикционы переключают передачи с толчками, а по мере износа и с ударами, если зазоры в пакетах больше нормы)

- Если же сгорели фрикционы нескольких пакетов, а с ними вместе и часть стальных дисков (об этом говорят разводы побежалости на стальной поверхности или «натертости») , то положено заменить весь Комплект фрикционов, сталей и тормозные ленты. В многих американских штатах мастера по закону штата обязаны заменить все фрикционные диски, тормозные ленты и расходники, если коробка пришла в капремонт, под угрозой лишения лицензии. 

Накладки фрикционов, пропитанные горелым маслом гораздо хуже впитывают масло и плохо отводят тепло с поверхности при касании. А это очень скоро приводит к проблемам при переключении, проскальзыванию и сгоранию таких фрикционов. Может через несколько недель, а может и через несколько месяцев.

Фрикционы горят раньше срока (а рассчитаны они обычно на весь срок службы трансмиссии) не потому что «слабые» или «дешевые», а в основном из-за масляного голодания. Когда из-за потерь давления в линии поршни недожимают фрикционы друг к другу. Поэтому ставить "усиленные" фрикционы, не заменив всех прокладок и колец в линии - это гарантировать скорое сгорание "усиленных" фрикционов.

Еще одна причина для замены всех фрикционов это вибрации, которые неравномерно износили пакет сцепления. В Мэтом случае обязательно меняют не только все диски (фрикционные и стальные) пакетов этого узла, но и всех соседних узлов.

Комплектация. Сколько и каких фрикционов в комплекте?

- обычно все комплекты фрикционов универсальны и собраны производителями так, чтобы подойти для любой АКПП, указанной в наименовании комплекта, и такого качества, чтобы безупречно работать много лет.

Слева наименование Комплекта для Крайслера говорит, что этот набор подходит для всех коробок от А500 до 44RE и всех годов выпуска после 1988.

Накладки фрикционов

Фрикционы подбираются производителями с различной фрикционной накладкой в зависимости от особенностей коробки и истории ремонтов. Одни фрикционы - бежевые, целлюлозные, для тех пакетов, которые в основном работают на истирание. Другие - серые или серо-зеленые, для пакетов, которые чаще работают на проскальзывание, 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.

Первый -  имеет более высокий порог передачи момента, Последний - лучше скользит и дольше сопротивляется перегреву. (ниже)

Фрикционные накладки могут иметь прорезанные канавки для движения масла. (ниже)

Для чего нужны в АКПП фрикционы, стальные диски и тормозные ленты?

Фрикционы работают в паре со стальными дисками по аналогии со сцеплением  механических КП. Прижимаясь к стальным дискам, они соединяют два вращающихся вала АКПП.  Фрикционы собраны в Барабан (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 с маслом и сцепления нет. В разомкнутом состоянии фрикционы со стальными дисками вращаются с разными скоростями. 

Таких барабанов с фрикционами в АКПП бывает от 3-х (плюс тормозная лента) до 7-ми и больше.

Работой барабанов управляет компьютер изменением давления масла, подаваемого гидроблоком\соленоидами в пакеты сцепления. Гидроблок, с помощью соленоидов- электроклапанов гидравликой нажимает на поршни барабанов, сжимая фрикционы с стальными дисками одних пакетов и, сбрасывая давление в других, позволяет пружинам разжимать фрикционы в нерабочих пакетах.

Существуют Барабаны сцепления и торможения.

Барабан сцепления - соединяет между собой два вращающихся вала. Барабан торможения - замыкает барабан на корпус - тормозит один из элементов Планеты. Раньше функцию торможения элемента планеты для выбора нужной комбинации вращения выполняли тормозные ленты, похожие на те, что используются для тормозного барабана задних колес машин.(слева)

Но сейчас простую (но громоздкую) конструкцию ленты почти перестали использовать, заменив тормозные ленты на фрикционы пакета торможения.

Унификация. Для разных (по мощности) трансмиссий можно регулировать мощность передаваемого момента количеством фрикционов и стальных дисков, меньше фрикционов для менее мощных двигателей и добавляя фрикционы - для более мощных. А главное: - более тонкая регуляция тормозного усилия с помощью пропорциональных соленоидов.

Можно определить разницу так: Там где важна долговечность и неубиваемость и не обязательна "высоко-интеллектуальность" коробки - используют тормозную ленту. Фрикционы используются там, где надо соревноваться с ДСГ и вариатором за одобрение привередливых авто-журналистов. 

Классификация фрикционов

Фрикционы и стальные диски описываются в наименовании детали например так:

- Фрикционный Диск, TF60SN/09G/09K K3 (C3)- rev, 3rd, 5th (56Tx1,73x157)

описание - [56Tx1,73x157] - означает:

у этого диска 56Т:- 56 зубьев,  1,73: - толщина 1,73 мм, и 157: - наружный диаметр 157 мм

Применяемость - для всех АКПП перечисленных в названии, 

К3 - название пакета сцепления (К - Kupplung, C - Clutch) или торможения (B - Brake) по Каталогу деталей (европейская классификация).

rev, 3rd, ... - (американская классификация) функциональное предназначение пакета: включение Реверса, 3-й скорости ...итд.

Какие бывают фрикционы?

1. Кроме обычных двусторонних фрикционов с внутренним зубом и стальных дисков с наружным зубом появились односторонние (комбинированные: сталь-фрикцион) .

- односторонние фрикционы  имеют с одной стороны фрикционную накладку, с другой - голую стальную поверхность. Такие фрикционы первичного вала могут иметь внутренний зуб, а ответные односторонние фрикционы (вторичного вала) - наружный зуб. В № детали они имеют буквы по типу зуба: - BI (internal) или -BE (external). 

В легендарных коробках DP0 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 (FN4AEL, 722.6, ...), где в один из часто сгорающих пакетов введены односторонние фрикционы в качестве более эффективно работающих и более устойчивых к сгоранию.

2. Материал фрикционной накладки в большинстве случаев имеет целлюлозную основу, пропитанную специальными смолами, чтобы надежно схватываться со стальным диском и без проскальзывания передавать момент вращения.

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 (справа). Насечка здесь хотя и заметно уменьшает рабочую площадь, но выполняет функцию шестерни насоса масла, чтобы увеличить скорость прохождения масла через этот канал и лучше охлаждать поверхность. При износе глубины насечки поток масла уменьшается, что может привести летом к перегреву и ускоренному сгоранию фрикционов

Накладка фрикциона может изготавливаться также на графитовой или кевларовой основе. Но нужно сказать, что тот же Борг Ворнер, производящий фрикционы для конвейера для одной и той же коробки выпускает одновременно и фрикционы с целлюлозной основой и без насечек, а для других пакетов  - на кевларовой основе, исходя из особенностей работы коробки в режимах. Эта особенность учтена в регулировках гидроблока.

Производители на раскрывают состав и тип материала накладки фрикциона и заказ на "кевларовые" фрикционы не может быть гарантирован. Фрикционы поставляются именно из того материала, который должен по расчетам Производителя использоваться в этом пакете. Это касается в основном автоматов 21 века.

Такие 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.

 

3. Конструктив фрикционной накладки:

- Фрикционы из отдельных сегментов, когда сегменты разделены швами глубиной до самого клеевого слоя 

- с монолитной накладкой с нарезанными каналами для отвода масла. Каналы нарезаются только на фрикционах пакетов с повышенным риском сгорания. И монолитными без маслоотводящих каналов.

Сегментные накладки могут себе позволить производители, готовые вкладывать средства в сложные технологии расчета-нарезки-сочетания-вклеивания и высококвалифицированный персонал, чтобы затем экономить на материале накладок и конвейерном потоке производства.

Материалы фрикционных накладок производят всего несколько крупных производителей. Для работы трансмиссии несущественен тип накладки. Единственное преимущество сегментных накладок для владельца АКПП- это количество и глубина маслоотводящих каналов.

Клей фрикционов

Для наклейки накладки на поверхность стального диска сначала наносится «праймер» - клеевое лаковое покрытие, которое обычно состоит из смол, с температурой плавления  180-200º.  Эта температура плавления (как и формула праймера) у всех производителей разная, но 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 напрессовывается на подготовленную стальную поверхность разогревом в токах высокой частоты, плавящими нанесенный праймер.

Эта клеевая основа и является «главным врагом» гидроблока и соленоидов.

Почему горят фрикционы? Что происходит в АКПП при работе сгоревших фрикционов?

Фрикционы теоретически созданы конструкторами "вечными" - на весь cрок службы автомобиля, но на практике - часто "горят".

Причины сгорания фрикционов:

- перегрев от недостатка силы прижимания и

- от недостатка охлаждения маслом ATF, отводящим тепло с поверхности дисков. 

В момент касания фрикциона и стали на их поверхности температура может одномоментно подниматься до 300-400 градусов. Но так как накладки фрикционов пропитаны маслом и само касание в обычных АКПП и "он-офф" сцеплениях занимает доли секунды, то накладка не успевает прогреться до критических температур. Если масла недостаточно или, что чаще - сцепление неплотное, возникает проскальзывание для "он-офф" фрикционов и они начинают нагреваться выше температуры вспышки масла.

При приближении температуры к 140-145º  целлюлозная фрикционная накладка начинает обугливаться, при этом впитывает всё меньше масла и всё хуже охлаждается. Цепная реакция. 

Нагрев увеличивается лавинообразно - плавится и стекленеет клеевой слой и фрикцион осыпается. Тогда же происходят изменения металла фрикциона и стального диска. В сильно запущенных случаях от перегрева сгорают не только стальные диски, но и соседние упорные диски и даже сами барабаны с обрезиненными поршнями (справа). Это выражается в том, что машина "не тянет" на одной скорости или совсем не едет вперед.

Если сгорели фрикционы, то скорее всего в агрегате насос не справлялся с подачей масла на поршни. Потери давления обычно идут через изношенные тефлоновые кольца, втулки, резиновые прокладки и сами поршни. Поменять фрикционы и не заменить кольца и прокладки — считается типичной ошибкой и приводит к скорому сгоранию новых фрикционов.

Упорный (или опорный) диск подобен обычному стальному диску, но толще и находится с края этого пакета из фрикционов и дисков. Именно на него давит поршень (или упирается ретейнер с обратной стороны пакета).

 

Фрикционные накладки различаются по функциональности:

1.- Теплопроводность. (способность впитывать масло и проводить тепло)

2. - Теплостойкость (выдерживать кратковременное нагревание («ожоги») при касании до 300-400 градусов без изменения свойств)

3. - Стабильность. (способность сохранять характеристики при износе и критическом состоянии масла на протяжении всей жизни)

4. - Фрикционные статические качества, (высокий "порог проскальзывания", способность передавать высокий крутящий момент до срыва в скольжение).

5. - Фрикционные динамические качества, (способность передавать момент вращения при "модулируемом проскальзывании". Аналогия регулируемого притормаживания педалью тормоза).

6. - Износоустойчивость, механическая прочность.

Различают 2 основные группы фрикционов:

1. Фрикционы on-off. Имеют максимальные значения по характеристикам - 3, 4, 6. Минимальные по 1, 2, 5.

2. Фрикционы "проскальзывания". Для них приоритетными являются характеристики 3, 1, 2, 5.

Причины недостатка давления масла разнообразны:

- Самая распространенная — предельная нагрузка при холодном масле. Чаще всего встречается зимой при выезде из сугроба или при агрессивных разгонах «нахолодную».  

- Поршни. Изношенные резиновые уплотнения, или поврежденные стружкой, или лопнувшие по корпусу, - пропускают масло,

- Уплотнительные тефлоновые кольца, стерты соседние поверхности "железа" (барабанов, суппортов...) масло уходит через щели и не доходит до поршней.

- Общий недостаток масла. Иногда насосу не хватает масла из-за его низкого уровня в поддоне АКПП, забитого фильтра, протечек масла через сальники.

- Насос. Часто бывает изношен сам насос, его узлы, втулки, сальники.

- Гидроблок и соленоиды - "проеденные" и изношенные каналы "разбазаривают" масло, свой вклад дают и лопнувшие пружины, грязные, не открывающие канал золотники-клапаны.

Причин много, как звеньев в длинной цепочке. Где-то, да рвется. Вскрытие и диагностика нужны для того, чтобы определить места разрыва этой "гидравлической" цепочки. 

Когда поршень недостаточно сильно сжимает фрикционы при разгоне, фрикционы проскальзывают и не тянут как обычно. Что заставляет водителя прибавить газу, чтобы "исправить" медленный разгон. От этого фрикционы еще сильнее нагружаются и нагреваются, что и приводит к необратимым и катастрофическим последствиям для всей трансмиссии.  

Чем опасна эксплуатация АКПП с изношенными или сгоревшими фрикционами?

В статье про горелое масло об этом написано подробнее.

Первая неприятность от работы с лысыми фрикционами - Перегрев соседних поршней, втулок и барабана.  Как описано выше.

Следующая неприятность - в масло попадает клеевой слой, которым накладка крепится к стальному основанию, загрязнение масла осыпающимися фрагментами фрикционной накладки. Это ведет к цепной реакции проблем:

- грязь забивает каналы клапанов гидроблока с соленоидами, что ведет к окончательному падению давления.

- масло становится густым и абразивным, ухудшая трение втулок, прокладок и колец, истирая детали "железа" АКПП, что приводит к быстрому снижению ресурса АКПП. А густое масло труднее "перелопачивается" турбинами гидротрансформатора, что понижает мощность и энергия двигателя идет на дополнительный нагрев масла.

- масло истирает каналы гидроблока, что приводит к износу клапанной плиты и концу его ресурса.

- при недостатке масла в первую очередь страдают элементы находящиеся близко к осям (то есть - втулки) и насосу, высасывающему масло прямо из-под своей втулки. Изношенные болтающиеся втулки позволяют вибрирующему валу разбивать соседние поверхности трения. Что ведет к ускоренному износу насоса и другого "железа".

Все это может привести к остановке авто прямо посреди дороги.

Новая эпоха жизни "скользящих" фрикционов.

С тех пор как в конце 20-го века появились PWM соленоиды-электрорегуляторы, которые умеют закрывать-открывать канал гидроблока с множеством промежуточных значений (типа включателя света - реостата, которым можно сделать свет в комнате поярче и потише), это стали использовать сначала для принудительной блокировки гидротрансформатора (подробнее) а затем и для более мягкого переключения скоростей пакетами сцепления.

Это дало возможность сделать переключения практически бесступенчатыми. Считается, что разрыв мощности при переключении скоростей меньше 0.25 - 0.20 секунды незаметен для водителя. А учитывая, что у 6-ти ступенчатых АКПП разница между передаточными числами сведена к минимуму, то фактически по комфортности 6-ти и 8-ми ступенчатые АКПП сравнялись со своими конструктивными конкурентами - Вариаторами и преселективными коробками ДСГ.

Но за это преимущество приходится платить ускоренным износом фрикционов. В первую очередь - фрикционов Гидротрансформатора. 

Фрикционы работающие не в режиме "он-офф" а в режиме короткого (или длинного) проскальзывания теперь должны соответствовать совсем другим требованиям:

Если раньше фрикцион Он-Офф должен был моментально "склеиваться" со стальной поверхностью для быстрой блокировки, то в случае "управляемого проскальзывания" он наоборот должен как тормозная колодка колеса плавно притормаживать, не допуская резких блокировок колеса. Но в отличии от тормозной колодки между фрикционом и сталью корпуса здесь вместо несгораемого воздуха находится масло.

Разработано несколько типов карбоновых и кевларовых фрикционов (слева) для ГДТ, под разные задачи и требования программистов. И современные "несменяемые" масла (синтетика) теперь имеют температуру вспышки гораздо выше, чем у традиционных "полусинтетических". Но это не решает проблему горелого масла, а лишь отдаляет.

Все равно на водителях остается ответственность следить за износом фрикционов через загрязнение масла. Если масло загрязняется слишком быстро, то это говорит о том, что самые быстро изнашиваемые фрикционы (обычно это в ГДТ) съедены и пора их менять, иначе ... (читай выше).

Лидеры Фрикционных модулей по заменам на рынке автоматических трансмиссий:

Самыми популярными в замене являются фрикционы большой немецкой семьи из двух поколений  01M - 01N и их предшественников 096-097 - 105003.
Следом за ними следует тоже немецкий бестселлер 5HP19 - 177003. В этой же паре рядом идут французские односторонние фрикционы DP0:  - 144005.
Дальше идет большая группа преследователей: Комплект фрикционов  CD4E - 246003. (справа в окне) айсиновской 09G - 134003, (справа). и ZF 6HP26-/28  182003. (слева)