Назначение сцепления — разъединять двигатель и коробку передач во время переключения передач и вновь плавно соединять их, не допуская резкого приложения нагрузки, а также обеспечивать плавные трогание автомобиля с места и его остановку без остановки двигателя. При резком торможении без выключения сцепления оно, пробуксовывая, предохраняет трансмиссию от перегрузок инерционным моментом. Во включенном состоянии сцепление должно надежно соединять двигатель с трансмиссией, не пробуксовывая. Подавляющее большинство сцеплений, применяемых на отечественных автомобилях, относится к фрикционным сухим дисковым сцеплениям, в которых использованы сила трения сухих поверхностей. По числу ведомых дисков сцепления делят на одно- и двухдисковые.
Наибольшее распространение получили однодисковые сцепления благодаря простоте их конструкции, надежности, «чистоте» выключения и плавности включения, а также удобству при эксплуатации и ремонте. Двухдисковые сцепления применяют в тех случаях, когда необходимо передать большой крутящий момент.
Сцепление состоит из ведущей и ведомой частей, нажимного механизма и механизма выключения. Детали ведущей части сцепления воспринимают от маховика крутящий момент двигателя, а детали ведомой части передают этот момент первичному валу коробки передач. Нажимной механизм обеспечивает плотное прижатие ведущей и ведомой частей сцепления для создания необходимого момента трения. Механизм выключения служит для управления сцеплением. Привод выключения сцепления может быть механическим или гидравлическим. Для облегчения выключения сцепления в некоторых конструкциях применен пневматический усилитель.
Рекламные предложения на основе ваших интересов:
Ведущая часть однодискового сцепления имеет маховик с обработанной торцовой поверхностью, нажимной диск, кожух муфты сцепления и направляющие пальцы. Ведомая часть однодискового сцепления имеет ведомый диск с фрикционными накладками из прессованного асбеста или медно-асбестовой плетенки и первичный вал коробки передач. Нажимной механизм образуют нажимные пружины, установленные в кожухе. В состав механизма выключения сцепления входят оттяжные пальцы, опоры выключающих рычагов, отжимные рычаги, передвижная муфта, педаль, тяга педали, вилка выключения, оттяжная пружина. Все детали сцепления помещены внутри картера маховика.и картера муфты сцепления.
При включенном сцеплении крутящий момент от коленчатого вала через маховик и нажимной диск благодаря трению передается зажатому . между ними ведомому диску, ступица которого имеет шлицевое соединение с первичным валом коробки передач. Для выключения сцепления нажимают на педаль, которая через тягу, вилку и муфту, через рычаги и пальцы отводит назад нажимной диск. При этом сжимаются пружины и освобождают ведомый диск, по обеим сторонам которого образуются зазоры. При плавном отпускании педали пружины возвращают все детали механизма выключения в исходное положение, т. е. пружины постепенно прижимают нажимной диск к ведомому диску, а последний — к поверхности маховика.
В двухдисковом сцеплении (рис. 1, б) ведущая часть состоит из двух дисков, а ведомая — из двух дисков. Для обеспечения необходимых зазоров между ведущими и ведомыми дисками в выключенном состоянии (т. е. для «чистоты» выключения) служит отжимная пружина и регулировочный болт промежуточного диска. Нажимные пружины могут быть винтовыми или диафрагменными. Винтовые пружины равномерно располагают по периферии окружности, а центральную пружину устанавливают одну.
Для облегчения управления сцеплением и плавности его включения применен гидравлический привод управления сцеплением. Плавность включения обеспечивают также пружинящие ведомые диски. Для этого накладку (рис. 2, а) с одной стороны диска крепят к его секциям пластинчатыми пружинами, изогнутыми впереди, а накладку с другой стороны диска — такими же пружинами, изогнутыми назад. Это обеспечивает в свободном состоянии зазор между накладками, равный 1—2 мм. Пружинящие свойства ведомого диска могут быть также усилены установкой под одну из накладок плоских пружин. Уменьшение зазора между накладками в процессе включения сцепления обеспечивает плавность соприкосновения трущихся поверхностей и возрастания силы трения.
Для предохранения валов трансмиссии от крутильных колебаний ставят гаситель крутильных колебаний (демпфер), увеличивающий плавность включения сцепления и повышающий долговечность деталей трансмиссии.
Пружины гасителя крутильных колебаний обеспечивают упругую связь ведомого диска сцепления с его ступицей. Подбором стальных колец регулируют силу сжатия ведомого диска, гасителя и ступицы, а также фрикционных (паронитовых) колец.
При отсутствии передачи крутящего момента прорези фланца ступицы (рис. 2, б) и ведомого диска, в которых расположены пружины, совпадают. При передаче же крутящего момента (рис. 2, в) от диска к ступице пружины вступают в действие, диск повертывается на некоторый угол по отношению к фланцу ступицы 6 ив дисках гасителя возникает трение. Предельное угловое смещение дисков ограничено размером вырезов во фланце ступицы под штифты, соединяющие диск и гаситель.
Все вращающиеся части сцепления балансируют.
Ступенчатые трансмиссии
Фрикционные сцепления
Сцепление фрикционного типа устанавливается на маховике и состоит из ведущих и ведомых элементов, нажимного механизма и механизма выключения.
К ведущим элементам сцепления относятся те детали и узлы, которые воспринимают крутящий момент от маховика и передают его на ведомые детали. К ним можно отнести собственно маховик, кожух сцепления и нажимной диск.
Нажимной диск должен иметь возможность перемещаться в осевом направлении при включении и выключении сцепления, и в то же время не перемещаться в тангенциальном направлении относительно кожуха и маховика. С этой целью на некоторых сцеплениях нажимной диск соединяют с кожухом с помощью упругих пластин, которые одним концом закрепляются на кожухе, другим – на нажимном диске (рис. 1, а). Передача крутящего момента может также осуществляться бобышками нажимного диска, которые входят в окна, выполненные в кожухе (рис. 1, б).
При необходимости передачи большого крутящего момента кожух вообще исключается из участия в этой работе, а нажимные диски воспринимают крутящий момент сразу от маховика с помощью шипов, которые входят в пазы, выполненные на маховике (рис. 1, в).
Недостатком этого способа передачи крутящего момента является достаточно большое трение, возникающее между боковыми поверхностями пазов и шипов при осевом перемещении нажимного диска и препятствующее выключению сцепления.
К ведомым элементам сцепления относятся ведомые диски 4 (рис. 2), воспринимающие крутящий момент от ведущих элементов и передающих его на первичный вал коробки перемены передач.
Ведомые диски при включенном сцеплении не будут проскальзывать относительно ведущих деталей, если будет выполняться условие равенства максимального момента Мс трения сцепления и максимального крутящего момента Мmax двигателя с учетом коэффициента запаса:
где
β – коэффициент запаса сцепления;
μ – коэффициент трения между активными поверхностями ведущего и ведомого дисков;
Рпр – усилие, создаваемое нажимным устройством;
Rср – средний радиус трения (зависит от радиуса активной поверхности трения ведущего и ведомого дисков);
i – число поверхностей трения.
В зависимости от условий эксплуатации автомобиля сцепления могут выполняться с коэффициентом запаса равным 3 и более.
Из формулы (1) следует, что для передачи бόльшего крутящего момента диски должны выполняться бόльшего диаметра, а существенным фактором, обеспечивающим его работу, является коэффициент трения между активными поверхностями ведомого и ведущего дисков. Для повышения коэффициента трения на дисках крепятся фрикционные накладки, изготовленные из различных материалов, обладающих хорошими фрикционными свойствами, износоустойчивостью и термической стойкостью.
Широко применяемые ранее фрикционные накладки с добавлением 50% асбеста в настоящее время применяются редко из-за экологической вредности асбестовой пыли, попадающей в воздух при производстве накладок и при их изнашивании в результате трения.
Ведомые диски оснащаются гасителями крутильных колебаний . Источником вынужденных колебаний валов трансмиссии в основном являются неравномерная работа двигателя и ведущих колес автомобиля при движении по неровностям дороги.
При совпадении частот вынужденных колебаний и собственных колебаний трансмиссии могут возникнуть резонансные явления, вызывающие большие динамические знакопеременные нагрузки в трансмиссии, что может привести к поломке деталей и аварийной ситуации при движении автомобиля.
Поэтому в конструкции сцепления необходимо предусмотреть механизм, снижающий вероятность или полностью исключающий подобные явления.
С этой целью и применяются гасители крутильных колебаний, состоящие из нескольких цилиндрических пружин, размещенных по окружности на ведомом диске в специальной ступице на некотором расстоянии от оси вращения.
Гаситель крутильных колебаний за счет упругости пружин и сил трения поглощает часть энергии колебательных и динамических перегрузок благодаря возможности относительного перемещения ведомого и ведущего диска в тангенциальном направлении (по касательной) к оси вращения. При этом энергия колебаний и превращается в тепловую энергию сил внутреннего (в витках пружины) и внешнего трения.
Нажимным механизмом является нажимная пружина 6 (см. рис. 2). От нажимного усилия зависит максимальное значение и надежность передачи крутящего момента от ведомых элементов сцепления к ведомым.
Наибольшее распространение получили центральная мембранная пружина и периферийные цилиндрические пружины, располагаемые в один или два ряда. С целью обеспечения равномерности усилия по всей площади нажимного диска число пружин должно быть кратным количеству рычагов выключения.
Механизм выключения сцепления включает рычаги выключения сцепления 12 (рис. 2) и вилки рычагов 11. Длины плеч рычагов должны обеспечить достаточный ход нажимного диска для чистоты выключения сцепления и облегчить водителю процесс выключения. Поэтому они выполняются с передаточным числом от 4,5 до 4,85.
В некоторых конструкциях сцеплений для уменьшения износа концов рычагов к ним прикрепляют упорное кольцо, исключающее непосредственный контакт рычагов и подшипника выключения (выжимного подшипника). В сцеплениях с мембранной нажимной пружиной рычаги отсутствуют, а их функцию выполняют лепестки самой пружины.
Вилки рычагов должны иметь возможность наклоняться, т. е. совершать качательные движения, так как при перемещении рычагов изменяется их положение, и, следовательно, расстояние между опорами рычагов. С этой целью вилки рычагов закрепляются на кожухе сцепления не жестко, а через регулировочную гайку со сферической поверхностью.
Работа сцепления может проходить в трех режимах: во включенном положении, в выключенном положении и при частичном выключении-включении (при трогании автомобиля с места).
При включенном положении (рис. 2, а), когда педаль сцепления 8 отпущена, нажимные пружины 6, воздействуя на нажимной диск 2, плотно зажимают ведомый диск 4 между маховиком 3 и нажимным диском. Крутящий момент через активные поверхности трения передается от ведущих элементов на ведомые, при этом угловая скорость вращения ведущих и ведомых элементов одинакова.
При выключенном сцеплении (рис. 2, б), когда педаль 8 сцепления нажата, через привод осуществляется воздействие на подшипник выключения 7, который перемещается в сторону маховика 3 и воздействует на конец рычага 12. При этом противоположные концы рычага отодвигают нажимной диск 2 от ведомого диска 4, сжимая нажимные пружины 6. Крутящий момент с ведущих элементов на ведомые не передается, и ведомый диск сцепления не вращается.
При трогании автомобиля с места педаль 8 сцепления отпускается плавно, внутренние концы рычагов 12 перемещаются в сторону от маховика 3, а нажимной диск начинает постепенно прижиматься к ведомому диску и передавать на ведомый диск плавно возрастающий крутящий момент. Когда он станет достаточным для преодоления сил сопротивления движению автомобиля, ведомый диск начнет вращаться, и автомобиль тронется с места.
Этот режим работы сцепления является самым напряженным, поскольку он сопровождается выделением значительного количества теплоты при проскальзывании ведомого диска и динамическими нагрузками при резком отпускании педали сцепления. В этом режиме имеет место максимальный износ рабочих поверхностей фрикционных накладок.
Полнота выключения сцепления обеспечивается наличием свободного хода педали, который определяется зазором между рычагами 12 выключения и подшипником выключения 7. В процессе эксплуатации из-за изнашивания фрикционных накладок этот зазор уменьшается. Уменьшается и величина свободного хода педали сцепления. Это может привести к пробуксовыванию сцепления во включенном состоянии.
Зазор восстанавливают соответствующими регулировками в приводе сцепления, но не изменением положения рычагов выключения сцепления.
Полнота выключения сцепления обеспечивается рабочим ходом педали сцепления (70…140 мм). В двухдисковых сцеплениях предусматриваются специальные устройства для принудительного отведения среднего нажимного диска и установки его в промежуточное положение относительно маховика и нажимного диска.
На некоторых сцеплениях легковых автомобилей зазор между рычагами и подшипником выключения сцепления отсутствует (подшипник все время прижат к рычагам и вращается вместе с ними). Это позволяет исключить ударные нагрузки на подшипник при выключении сцепления и продлить срок его службы. В этом случае полнота включения и выключения сцепления обеспечивается полным ходом педали.
Наглядно с работой фрикционного сцепления можно ознакомиться, посмотрев размещенный внизу страницы видеоролик. Здесь же рассказывается о взаимодействии сцепления с другими агрегатами трансмиссии и о том, как правильно управлять фрикционным сцеплением.
Сцепление устанавливается на маховике и состоит из следующих элементов: ведущие детали, ведомые детали, нажимной механизм, механизм выключения.
К ведущим деталям относятся те детали, которые воспринимают крутящий момент от маховика и передают его на ведомые детали. Это маховик, кожух сцепления и нажимной диск. Нажимной диск должен иметь возможность перемещаться в осевом направлении при включении и выключении сцепления и в то же время не перемещаться в тангенциальном направлении относительно кожуха и маховика. С этой целью на некоторых сцеплениях нажимной диск соединяется с кожухом с помощью упругих пластин, которые закрепляются одним концом на кожухе, а другим концом на нажимном диске (рис. 11.4, а). Передача крутящего момента может также осуществляться бобышками нажимного диска, которые входят в окна, выполненные в кожухе (рис. 11.4, б). При необходимости передачи большого крутящего момента кожух вообще исключается из участия в этой работе, а нажимные диски воспри-
Рис. 11.4. Способы связи маховика с нажимными дисками: а — с помощью упругих пластин; б — с помощью окон в кожухе и бобышек; в — с помощью шипов; 1 — кожух сцепления; 2, 7 — нажимные диски; 3 — упругая пластина; 4, 8 — шипы; 5 — паз; 6 — маховик
нимают крутящий момент сразу от маховика с помощью шипов, которые входят в пазы, имеющиеся в маховике (рис. 11.4, в).
Недостатком этого способа передачи крутящего момента является достаточно большое трение, возникающее между боковыми поверхностями пазов и шипов при осевом перемещении нажимного диска и препятствующее выключению сцепления.
К ведомым деталям относятся диски 7(см. рис. 11.2), воспринимающие крутящий момент от ведущих деталей и передающие его на первичный вал коробки передач.
Ведомые диски при включенном сцеплении не будут проскальзывать относительно ведущих деталей, если будет выполняться условие равенства максимального момента Мс трения сцепления и максимального крутящего момента Мтах двигателя с учетом коэффициента запаса:
где р — коэффициент запаса сцепления; ц — коэффициент трения; Р — усилие, создаваемое нажимным устройством; Яср — средний радиус трения; /’ — число поверхностей трения.
В зависимости от условий использования автомобилей сцепления могут выполняться с коэффициентом запаса, равным 3 и более. Из выражения видно, что для передачи большего крутящего момента диски должны выполняться большего диаметра, а существенным фактором, обеспечивающим его работу, является коэффициент трения. Для повышения коэффициента трения на ведомых дисках крепятся фрикционные накладки, изготовляемые из различных материалов, обладающих хорошими фрикционными свойствами, износоустойчивостью и термической стойкостью. Широко применяемые ранее фрикционные накладки с добавлением до 50 % асбеста последнее время применяются редко из-за экологической вредности асбестовой пыли, попадающей в воздух при их производстве и при их изнашивании в результате трения.
Ведомые диски оснащаются гасителем крутильных колебаний. Источником вынужденных колебаний валов трансмиссии в основном являются неравномерная работа двигателя и ведущих колес автомобиля при движении по неровностям дороги. При совпадении частот вынужденных колебаний и собственных колебаний трансмиссии могут возникнуть резонансные частоты, вызывающие большие динамические знакопеременные нагрузки в трансмиссии, что может привести к поломке деталей и аварийной ситуации при движении автомобиля. Поэтому необходим механизм, снижающий вероятность или полностью исключающий подобные явления. С этой целью в конструкции гасителя должны быть заложены такие устройства, которые бы воздействовали на амплитуду колебаний и их частоту. Такими устройствами в гасителе являются: упругий элемент (пружины), изменяющий частоту собственных колебаний в трансмиссии, и фрикционный элемент, работающий за счет сил трения и уменьшающий амплитуду колебаний, превращая энергию колебаний в тепловую энергию.
Нажимным механизмом является нажимная пружина 5 (см. рис. 11.2). От нажимного усилия зависит максимальное значение и надежность передачи крутящего момента. Наибольшее распространение нашли центральная мембранная пружина и периферийные цилиндрические пружины, располагаемые в один или два ряда. С целью обеспечения равномерности усилия по всему периметру нажимного диска число пружин должно быть кратным числу рычагов выключения.
К механизму выключения сцепления относятся рычаги выключения сцепления 3 (см. рис. 11.2) и вилки рычагов. Длины плеч рычагов должны обеспечить достаточный ход нажимного диска для чистоты выключения сцепления и облегчить само выключение. Поэтому они выполняются с передаточным числом от 4,5 до 4,85. В некоторых конструкциях сцеплений для уменьшения износа концов рычагов к ним прикрепляется упорное кольцо, исключающее непосредственный контакт рычагов и подшипника выключения. В сцеплениях с мембранной нажимной пружиной рычаги отсутствуют, а роль рычагов выполняют лепестки самой пружины.
Вилки рычагов должны иметь возможность наклоняться, т. е. совершать качательные движения, так как при перемещении рычагов изменяется их положение и, следовательно, расстояние между опорами рычагов. С этой целью вилки рычагов закрепляются на кожухе сцепления не жестко, а через регулировочную гайку со сферической поверхностью.
Работа сцепления может проходить в трех режимах: во включенном положении, в выключенном положении, при трогании автомобиля с места.
При включенном сцеплении (рис. 11.5, а), когда педаль сцепления 8 отпущена, нажимные пружины 6, воздействуя на нажимной диск 2, плотно зажимают ведомый диск 4 между маховиком 3 и нажимным диском. Крутящий момент через поверхности трения передается от ведущих деталей на ведомые, при этом угловая скорость вращения ведущих и ведомых деталей одинакова.
При выключенном сцеплении (рис. 11.5, б), когда педаль 8 сцепления нажата, через привод осуществляется воздействие на подшипник выключения 7, который перемещается в сторону маховика 3 и воздействует на конец рычага 12. При этом противоположные концы рычага отодвигают нажимной диск 2 от ведомого диска 4, сжимая нажимные пружины 6. Крутящий момент с ведущих деталей на ведомые не передается, и ведомый диск не вращается.
При трогании автомобиля с места педаль 8 сцепления отпускается плавно, внутренние концы рычагов 12 перемещаются в сторону от маховика 3, а нажимной диск начинает прижиматься к ведомому диску 4. За счет сил трения вращающиеся маховик и нажимной диск начинают передавать на ведомый диск все возрастающий крутящий момент. Когда он станет достаточным для преодоления сил сопротивления движению, ведомый диск начнет вращаться и автомобиль тронется с места. Этот режим работы сцепления самый напряженный, так как он сопровождается выделением значительного количества теплоты при проскальзывании ведомого диска и динамическими нагрузками при резком отпускании педали сцепления.
Полнота включения сцепления обеспечивается наличием свободного хода педали, который определяется зазором между рычагами 12 выключения и подшипником выключения 7. В процессе эксплуатации из-за изнашивания фрикционных накладок этот зазор уменьша-
Рис. 11.5. Работа фрикционного сцепления: а — сцепление включено; б — сцепление выключено; 1 — кожух сцепления; 2 — нажимной диск; 3 — маховик; 4 — ведомый диск; 5 — упругая пластина; 6— нажимная пружина; 7— подшипник выключения; 8— педаль; 9— первичный вал; 10 — тяга; 11 — вилка выключения сцепления; 12 — рычаг
ется. Уменьшается и величина свободного хода педали сцепления. Это может привести к пробуксовыванию сцепления во включенном состоянии. Зазор восстанавливают соответствующими регулировками в приводе сцепления, но не изменением положения рычагов выключения.
Полнота выключения сцепления обеспечивается рабочим ходом педали сцепления 70—140 мм. В двухдисковых сцеплениях предусматриваются специальные устройства для принудительного отведения среднего нажимного диска и установки его в промежуточное положение относительно маховика и нажимного диска.
На некоторых сцеплениях легковых автомобилей зазор между рычагами и подшипником выключения отсутствует (подшипник все время прижат к рычагам и вращается вместе с ними). Это позволяет исключить ударные нагрузки на подшипник при выключении сцепления и продлить срок его службы. В этом случае полнота включения и выключения обеспечивается полным ходом педали.