Виды Сцеплений|АвтоЦентр

menu
person

Виды Сцеплений

Основной задачей будет рассмотрим виды, конструктивные особенности и принцип работы сцепления в автомобилях.

  1. Виды Сцеплений
    1. Сцепление конусного типа
    2. Гидравлическое сцепление
    3. Электромагнитное порошковое сцепление
    4. Фрикционное однодисковое сцепление
    5. Однодисковое сцепление
    6. Требования к конструкции сцепления

Виды Сцеплений

Сцепление предназначено для кратковременного отсоединения коленчатого вала двигателя от агрегатов силовой передачи и последовательного плавного соединения, обеспечивающего начало движения автомобиля и переключение передач при движении.

В современных условиях на автомобилях получили распространение фрикционные сухие нормально включённые механизмы сцепления. Механизм сцепления в сборе крепится на маховике двигателя посредством болтовых соединений. Перед сборкой двигателя его коленчатый вал в сборе с маховиком и сцеплением проходит операцию динамической балансировки.

По числу ведомых дисков сцепления могут быть однодисковыми или двухдисковыми. По расположению нажимных пружин сцепления различаются на механизмы с периферийными пружинами, с мембранной пружиной и с витой центральной пружиной.

Полуцентробежные сцепления получили некоторое распространение на легковых автомобилях, у которых максимальный момент двигателя соответствует относительно высоким числам оборотов. При этом уменьшается усилие на педали, необходимое для выключения сцепления при трогании с места и для удержания сцепления в выключенном положении при переключении передач.

Центробежные сцепления чаще применяются при автоматизации управления. В этих сцеплениях центробежная сила используется для включения и выключения сцепления, а давление на нажимной диск создается пружинами. Реже центробежную силу используют для создания давления на нажимной диск.

Гидравлические сцепления, выполненные по типу гидромуфт обычно применяют совместно с планетарными коробками передач или в комбинации с фрикционным сцеплением при работе с простой коробкой передач, имеющей неподвижные оси валов.

Механическая трансмиссия должна иметь возможность кратковременного разъединения от работающего двигателя. Это необходимо при остановках автомобиля и при переключении передач в механической ступенчатой коробке передач. Кроме того, при троганье автомобиля с места и переключении передач соединение вала двигателя и трансмиссии должно происходить плавно, без резких рывков. В связи с этим возникает необходимость в специальном устройстве, обеспечивающем постепенное нагружение двигателя. В качестве такого устройства обычно применяется сцепление. Использование сцепления необходимо для переключения передач т.к. если трансмиссия находится под нагрузкой крутящим моментом, переключение невозможно. Прежде чем переключить передачу, сцепление необходимо выключить.

В принципе, в качестве сцепления может быть использована любая управляемая муфта. Первые автомобили были оборудованы ленточным сцеплением, в котором металлическая лента охватывала снаружи металлический барабан или прижималась к нему изнутри при помощи различных рычажных элементов. Ленточные сцепления в обычном положении были выключены и включались путем перемещения рычага в определенное положение. Основным недостатком ленточных сцеплений была необходимость в использовании сложных регулировочных узлов, компенсирующих изнашивание рабочих поверхностей.

Сцепление конусного типа

Рис. 3.3. Сцепление конусного типа: 1 — фланец коленчатого вала; 2 — маховик; 3 — муфта выключения сцепления; 4 — педаль сцепления; 5 — рычаг выключения сцепления; 6 — вал сцепления; 7 — кожух сцепления; 8 — пружина; 9 — конус сцепления; 10 — фрикционная накладка

С появлением коробок передач со скользящими шестернями появляются сцепления конусного типа. В отличие от постоянно выключенных ленточных сцеплений конусные сцепления удерживались во включенном состоянии пружиной, а выключались, когда водитель, нажимая педаль, сжимал пружину. Именно с первых конструкций конусных пружин в практику автомобилестроения вошел принцип включения сцепления пружинами.

В конусных сцеплениях поверхности трения составляли угол 15° с осью конуса. Конус, представляющий собой ведомый элемент, первоначально покрывался кожей, которая требовала тщательного и трудоемкого ухода, но даже при этом быстро изнашивалась. Поэтому впоследствии стали применяться прокладки из фрикционных материалов с асбестовой основой. Маховик двигателя служил ведущим элементом сцепления — его обод изнутри имел коническую поверхность, соответствующую поверхности ведомого элемента сцепления. Ведомый элемент устанавливался на шлицах (продольных выступах) вала коробки передач с возможностью осевого перемещения для выключения сцепления. В рабочем положении конусные поверхности трения были сжаты усилием пружины. Нажатие педали сопровождалось отводом ведомой части от маховика и выключением сцепления. При работе любого сцепления важно, чтобы при его выключении ведомая часть быстро останавливалась. Главным недостатком конусного сцепления было то, что обладающий большим моментом инерции ведомый элемент долго вращался после выключения сцепления, затрудняя переключение передач.

На смену конусному сцеплению пришло многодисковое сцепление, работающее в масле. Оно состояло из чередующихся стальных и бронзовых дисков, закрепленных на шлицах с ведомым и ведущим барабанами. Ведомый барабан с многочисленными ведомыми дисками также обладал большим моментом инерции, что в значительной степени затрудняло переключение передач. Кроме того, при загустевании масла в холодную погоду диски слипались и сцепление не выключалось.

Следующей ступенью в развитии конструкции сцепления явилось сухое многодисковое сцепление. Ведущие диски его были снабжены накладками из фрикционного материала, приклепанного к ним с обеих сторон. Но и в этом сцеплении сохранился основной недостаток многодисковых сцеплений — большой момент инерции ведомых частей сцепления, затрудняющий переключение передач. Другим недостатком такого сцепления было то, что ведомые металлические диски, расположенные между фрикционными обшивками, обладающими низкой теплопроводностью, сильно нагревались при пробуксовке, что ускоряло износ накладок, а иногда возникало сильное коробление дисков, приводившее к нарушению чистоты выключения сцепления.

С 1910 г. на автомобилях начинают применять однодисковые сцепления. Однако первые конструкции не имели фрикционных накладок, диски изготавливались из чугуна и бронзы или из чугуна и стали. Постепенно преимущества однодискового фрикционного сцепления получили всеобщее признание, и к середине 20-х гг. оно уже практически вытесняет прочие конструкции фрикционных муфт.

Сейчас в трансмиссиях автомобилей все чаще применяются так же сцепления, построенные на иных принципах действия: гидравлические и электромагнитные.

Гидравлическое сцепление

В гидравлическом сцеплении (гидромуфте) ведущее (насосное) лопастное колесо связано с двигателем, а ведомое (турбинное) лопастное колесо — с трансмиссией. В поперечной плоскости колеса гидромуфты имеют форму тора. В колесах имеются радиальные лопасти. Оба колеса помещены в корпусе, заполненном маслом. При вращении насосного колеса кинетическая энергия жидкости, расположенной между его лопастями и движущейся под действием центробежных сил, передается турбинному колесу.

При достижении определенного числа оборотов эта энергия становится достаточной для того, чтобы автомобиль тронулся с места, а при дальнейшем увеличении числа оборотов колеса гидромуфты начинают вращаться практически с одинаковой скоростью. Гидромуфта в качестве самостоятельного агрегата, выполняющего функции сцепления в трансмиссии автомобиля, не используется, так как для обеспечения ее выключения при переключении передач необходимо создавать сложную систему ее опорожнения. Поэтому гидромуфта применяется вместе с обычным фрикционным сцеплением, которое устанавливается за ней последовательно и служит лишь для переключения передач.

Гидравлический привод сцепления (рис. 2.25) предусматривает передачу усилия от педали сцепления 6 к вильчатому рычагу 9 посредством вытеснения жидкости из главного цилиндра 3 в рабочий цилиндр 10. При нажатии на педаль сцепления 6 происходит перемещение штока 5 и его давление на поршень главного цилиндра 4. При перемещении поршня 4 происходит вытеснение находящейся перед ним жидкости в полость рабочего цилиндра. Под давлением жидкости происходит перемещение поршня 7 и штока 8 рабочего цилиндра, в результате чего перемещается вильчатый рычаг 9 в направлении выключения сцепления. При отпускании педали сцепления жидкость и все детали под действием возвратных пружин перемещаются в обратном направлении.

Бачок 2 предназначен для компенсации изменения объёма жидкости. Регулировка зазора между подшипником выключения сцепления и нажимными рычагами, а также свободного хода педали сцепления осуществляется путём изменения длины штока 8 рабочего цилиндра. В качестве жидкости в системе используется тормозная жидкость, соответствующая заданным условиям эксплуатации автомобиля.

Рисунок 2.25 — Схема гидравлического привода сцепления:

1 — трубопровод; 2 — бачок; 3 — главный цилиндр; 4 — поршень главного цилиндра; 5 — шток главного цилиндра; 6 — педаль сцепления; 7 — поршень рабочего цилиндра; 8 — шток рабочего цилиндра; 9 — вильчатый рычаг сцепления; 10 — рабочий цилиндр

Электромагнитное порошковое сцепление

Электромагнитное порошковое сцепление (рис. 3.5) получило некоторое распространение на автомобилях малого класса. Ведущим элементом сцепления Рис. 3.4.

Ведомый диск закреплен на ведущем вале коробки передач. Между магнитопроводами и ведомым диском имеется воздушный зазор, в который вводится специальный фрикционный порошок, обладающий высокими магнитными свойствами. При отсутствии тока в обмотках возбуждения между ведущими и ведомыми элементами сцепления силовой связи нет — сцепление выключено. Если к обмоткам возбуждения подводится электрический ток, то за счет образования магнитного поля, частицы порошка выстраиваются по силовым линиям магнитного поля, и создается силовое взаимодействие между ведущими и ведомыми элементами сцепления. Силовая связь зависит от силы тока, поступающего в обмотку возбуждения. Основное достоинство такой конструкции заключается в том, что управление сцеплением можно перенести с педали сцепления на ручной, кнопочный вариант управления, что актуально для водителей с ограниченными физическими возможностями.

Рис. 3.5. Электромагнитное порошковое сцепление: А, Б, В — зазоры; 1 — ведущая часть; 2 — неподвижный корпус; 3 — обмотка возбуждения; 4 — ведомая часть

Фрикционное однодисковое сцепление

Фрикционное однодисковое сцепление в большинстве случаев является оптимальным конструктивным решением для рассматриваемого узла трансмиссии. а на рис. 3.6. Оно состоит из ведущих частей: маховика, кожуха, нажимного диска, вращающегося с частотой коленчатого вала двигателя, и ведомого диска, расположенного на шлицах ведущего вала коробки передач.

Кроме того, во фрикционном сцеплении выделяют группу деталей, осуществляющих включение-выключение и привод сцепления. Включение сцепления осуществляется под действием силы, создаваемой пружинами, а выключение — в результате преодоления этой силы при воздействии на педаль сцепления, которая обеспечивает перемещение выжимного подшипника.

Рис. 1. Схемы фрикционных сцеплений:
а — однодисковое; б — двухдисковое

В зависимости от типа пружин, создающих сжимающие силы, фрикционные сцепления разделяются на:

  • сцепления с периферийными пружинами;
  • сцепления с центральной конической пружиной;
  • сцепления с диафрагменной пружиной.

Большинство механических трансмиссий современных легковых автомобилей имеют сцепления с диафрагменной пружиной.

На грузовых автомобилях нашли применение двухдисковые сцепления, использование которых вызвано необходимостью увеличения площади поверхностей трения без увеличения внешних размеров сцепления.

В современных условиях наибольшее распространение получили однодисковые фрикционные сцепления с диафрагменной пружиной. Привод управления сцеплением может быть механическим или гидравлическим. На рис. 2.22 показана схема работы однодискового механизма сцепления с механическим приводом

Рисунок 2.21 — Компоновочные схемы сухих фрикционных сцеплений:

1 — однодисковое с периферийными пружинами;

2 — двухдисковое; 3 — однодисковое с диафрагменной пружиной

Рисунок 2.22 — Схема работы однодискового механизма сцепления с механическим приводом:

1 — кожух сцепления; 2 — нажимной диск;

3 — маховик двигателя; 4 — ведомый диск;

5 — болты крепления кожуха к нажимному диску;

6 — нажимные пружины; 7 — нажимные рычаги;

8 — упорный подшипник; 9 — вильчатый рычаг;

10 — первичный вал коробки передач;

11 — педаль управления сцеплением; 12 — тяга

Крутящий момент двигателя передаётся от маховика 3 к первичному валу коробки передач 10 через ведомый диск 4. зажимаемый между маховиком 3 и нажимным диском 2. Нажимной диск 2 вращается вместе с маховиком 3, крутящий момент передаётся посредством сил трения между фрикционными накладками ведомого диска 4 и поверхностями маховика 3 и нажимного диска 2. При нажатии водителем на педаль 11 усилие от педали передаётся через тягу 12 к вильчатому рычагу 9, нажимающему на упорный подшипник 8. Под действием такого усилия подшипник 8 перемещается к рычагам 7 и давит на них, отчего происходит смещение нажимного диска 2 в направлении от маховика 3. В результате такого смещения ведомый диск 4 высвобождается, и момент от маховика 3 на первичный вал 10 коробки передач не передаётся — происходит выключение сцепления.

В этот промежуток времени водитель осуществляет переключение передач.

При отпускании педали 11 подшипник 8 смещается в сторону от маховика, и усилие от него на рычаги 7 прекращается. В результате нажимной диск под действием пружин смещается к маховику, и ведомый диск плавно зажимается между плоскостями маховика и нажимного диска — происходит включение сцепления.

Во избежание работы подшипника 8 при включённом сцеплении между его рабочей поверхностью и упорными плоскостями рычагов 7 предусмотрен зазор а = 0,7-1,0 мм. Регулировка этого зазора и свободного хода педали сцепления производится путём изменения длины тяги 12 посредством резьбовых соединений.

При включении и выключении сцепления между трущимися поверхностями происходит интенсивное тепловыделение, которое поглощается массами маховика и нажимного диска. Согласно экспериментальным данным, прирост температуры нажимного диска при начале движения легкового автомобиля на ровном месте составляет 10 °C.

Ведомый диск 2 (рис. 2.23) соединяется с первичным валом коробки передач посредством шлицевого соединения. Для гашения крутильных колебаний угловой скорости вращения маховика используется гаситель крутильных колебаний, или демпфер, размещаемый между ступицей ведомого диска и его периферийной частью. Необходимость применения демпфера обусловлена тем, что коленчатый вал двигателя при каждом такте рабочего хода в каждом цилиндре получает импульс угловой скорости. В определённой степени маховик сглаживает такие угловые колебания, но не полностью.

Рисунок 2.23 — Однодисковое сухое фрикционное сцепление с диафрагменной пружиной автомобилей ВАЗ:

1 — опорное кольцо пружины;

2 — ведомый диск; 3 — упорный фланец; 4 — маховик; 5 — нажимной диск;

6 — кожух сцепления; 7 — диафрагменная пружина; 8 — палец пружины;

9 — фрикционное кольцо; 10 — упорный подшипник; 11 — опорное кольцо;

12 — фиксатор пружины

Как видно из рис. 2.24, периферийная часть ведомого диска связана с его ступицей посредством пружинной муфты, допускающей поворот ступицы относительно накладок на угол 8-10 градусов. В окнах диска 8 размещены предварительно поджатые пружины 4. допускающие поворот ступицы при преодолении определённого усилия. Пружины являются упругими элементами, воспринимающими колебания передаваемого крутящего момента. Гашение крутильных колебаний осуществляется посредством сухого трения между дисками демпфера 2 и сухарями 9. Заклёпки 7 используются для крепления к ступице дисков демпфера 2 и маслоотражателей 1. Сухари 9 крепятся заклёпками к периферийной части ведомого диска. Крепление накладок 3 к периферийной части диска 8 осуществляется также посредством заклёпок. Клеевые соединения данных деталей применяются довольно редко.

Рисунок 2.24 — Ведомый диск сцепления: 1 — маслоотражатель;

2 — диск демпфера; 3 — фрикционная накладка; 4 — пружина демпфера;

5 — диск демпфера; 6 — ступица; 7 — заклёпка; 8 — ведомый диск;

9 — сухарь; 10 — окно

Привод сцепления может быть двух видов: механический или гидравлический. Схема механического привода показана на рис. 2.25. Гидравлический привод обычно применяется там, где использование механического привода может быть затруднительным.

Однодисковое сцепление

Рис. 3.6. Однодисковое сцепление: 1 — картер сцепления; 2 — маховик; 3 — фрикционные накладки ведомого диска; 4 — нажимной диск; 5 — опорные кольца; 6 — диафрагменная пружина; 7 — подшипник выключения сцепления; 8 — первичный вал коробки передач; 9 — поролоновые кольца; 10 — муфта выключения; 11 — шаровая опора вилки; 12 — кожух; 13 — вилка; 14 — шток рабочего цилиндра; 15 — соединительная пластина; 16 — рабочий цилиндр; 17 — штуцер прокачки; 18 — демпферная пружина; 19 — ступица ведомого диска

В этом случае секторы работают как пластинчатые пружины между ведомым диском и одной из фрикционных накладок. Также на плавность включения оказывает влияние упругость элементов в механизме выключения. С этих позиций сцепление с диафрагменной пружиной, у которой податливые лепестки выполняют функции рычагов выключения, предпочтительнее, чем сцепление с периферийными пружинами, у которого выключение осуществляется жесткими рычагами.

Чистота выключения. Полное отсоединение двигателя от трансмиссии достигается получением гарантированного зазора между поверхностями трения при полностью выжатой педали сцепления. Для двухдискового сцепления имеется специальное устройство для принудительного перемещения внутреннего ведущего диска в положение, при котором оба ведомых диска находятся в свободном состоянии (рис. 3.7).

Предохранение трансмиссии от динамических нагрузок. Динамические нагрузки в трансмиссии могут быть единичными (пиковыми) и периодическими. Пиковые нагрузки возникают при резком изменении угловой скорости трансмиссии, например при включении сцепления броском педали, при наезде на неровность. Чтобы не произошло поломки в трансмиссии, сцепление должно ограничить предельное значение нагрузки путем пробуксовки.

Периодические нагрузки (крутильные колебания) возникают в результате неравномерности крутящего момента двигателя. Для гашения крутильных колебаний трансмиссии в ведомом диске сцепления устанавливают гаситель крутильных колебаний (рис. 3.8). Ступица ведомого диска и сам ведомый диск связаны между собой не жестко, а через пружины гасителя. Колебания, возникающие в трансмиссии, вызывают относительное угловое смещение ведомого диска и его ступицы за счет деформации пружин гасителя, а это смещение сопровождается трением фрикционных элементов гасителя. Таким образом, гашение крутильных колебаний происходит за счет сил трения. Кроме того, гаситель, изменяя жесткость трансмиссии, не допускает возможности наступления резонанса в трансмиссии, выводя резонансные частоты за область рабочих частот двигателя.

Применение двухмассовых маховиков в конструкции двигателя позволило перенести гаситель крутильных колебаний из ведомого диска в маховик. Такое конструктивное решение позволяет упростить сцепление, снизить момент инерции ведомого диска и, следовательно, уменьшить нагрузки на элементы управления коробкой передач. Впервые подобные сцепления появились в 1985 г.

Поддержание нажимного усилия в заданных пределах в процессе эксплуатации. В процессе эксплуатации в результате износа фрикционных накладок нажимной диск перемещается в сторону маховика, изменяя жесткость пружин сцепления. В сцеплении с периферийными пружинами, которые имеют линейную упругую характеристику (рис. 3.9), это приводит к снижению нажимного усилия и передаваемого момента трения вплоть до наступления пробуксовывания сцепления.

Рис. 3.7. Устройство, обеспечивающее гарантированный зазор между поверхностями трения: a — рычажное; б, в — со штоком и пружиной; S — рабочий зазор

Рис. 3.8. Гаситель крутильных колебаний: 1 — диск; 2 — ступица; 3 — сухарь; 4 — пружина; 5 — стальная шайба; 6 — фрикционная шайба

Рис. 3.9. Графики упругих характеристик пружин: 1 — сцепление с периферийными пружинами; 2 — сцепление с диафрагменной пружиной

В сцеплениях с диафрагменной пружиной, которая имеет нелинейную упругую характеристику, усилие при износе накладок поддерживается примерно постоянным.

Применение диафрагменной пружины позволяет упростить конструкцию, так как примерно вдвое сокращается число деталей, уменьшается размер сцепления, а пружина выполняет еще и функцию рычагов выключения. Диафрагменная пружина обеспечивает равномерное распределение усилия по всей накладке. Важным преимуществом диафрагменной пружины, по сравнению с периферийными, является то, что при повышении угловой скорости маховика центробежные силы не искажают ее характеристику. Кроме того, как видно из рис. 3.9, при выключении сцепления усилие пружины снижается, что облегчает управление сцеплением. В некоторых конструкциях с диафрагменной пружиной выпуклая сторона пружины направлена внутрь сцепления. Это позволяет несколько уменьшить ширину агрегата, но усложняет конструкцию выжимного элемента и привода.

Первоначально диафрагменная пружина появилась в сцеплениях легковых автомобилей. Долгое время применение ее в сцеплениях грузовых автомобилей сдерживалось технологической сложностью изготовления пружины большого диаметра.

Требования к конструкции сцепления

Плавность включения. Это требование диктуется необходимостью снижения динамических нагрузок в трансмиссии при троганьи автомобиля с места и переключении передач. До недавнего времени для фрикционных сцеплений применялись в основном фрикционные накладки, в состав которых входили асбест, наполнители и связующие материалы. В настоящее время все большее распространение получают фрикционные накладки без асбеста или с минимальным его содержанием. Это связано с тем, что асбестовая пыль признана опасной для здоровья человека.

Конструктивно плавность включения сцепления достигается обеспечением податливости ведомого диска. С этой целью ведомые диски легковых автомобилей выполняются разрезными, с некоторой конусностью или выпуклостью секторов.

Мы будем рады если Вы ответите на вопрос: "Помогла ли Вам статья?"
0       0
Категория: Трансмиссия | Добавил: autodromcar (18.11.2019)
Просмотров: 129 | Теги: Пружина, Трансмиссия, выключение, фрикционный, передача, сцепление, ведомый, Диск | Рейтинг: 3.0/1

Похожие материалы Похожие материалы

Всего комментариев: 0
avatar