Сцеплением называется механизм трансмиссии, передающий крутящий момент от двигателя к коробке передач за счет силы трения. Также оно позволяет кратковременно отсоединить двигатель от трансмиссии и вновь их плавно соединить. Существует достаточно много разновидностей муфт сцепления.
Они различаются по количеству ведомых дисков (однодисковое, двухдисковое или многодисковое), по типу рабочей среды (сухое или мокрое) и по типу привода.
Разные виды сцеплений имеют соответствующие преимущества и недостатки, но наибольшее распространение на современных автомобилях получило однодисковое сухое сцепление либо с механическим, либо гидравлическим приводом.
Функции сцепления
Муфта сцепления устанавливается между двигателем и коробкой передач и является одним из наиболее нагруженных элементов трансмиссии. Она выполняет следующие основные функции:
- Плавное разъединение и соединение двигателя и коробки передач.
- Передача крутящего момента без проскальзывания (без потерь).
- Компенсация вибраций и нагрузок от неравномерности работы двигателя.
- Снижение нагрузок на элементы двигателя и трансмиссии.
Элементы муфты сцепления
Конструкция муфты сцепления
Стандартная муфта сцепления, применяющаяся на большинстве автомобилей с механической коробкой передач, включает следующие основные элементы:
- Маховик двигателя – ведущий диск.
- Ведомый диск сцепления.
- Корзина сцепления – нажимной диск.
- Выжимной подшипник сцепления.
- Муфта выключения сцепления.
- Вилка сцепления.
- Привод сцепления.
На ведомый диск сцепления с обеих сторон установлены фрикционные накладки. Его функция – передача крутящего момента за счет силы трения. Встроенный в корпус диска пружинный демпфер крутильных колебаний смягчает соединение с маховиком и гасит вибрации и нагрузки от неравномерности работы двигателя.
Схема расположения диска сцепления, корзины и выжимного подшипника с муфтой выключения
Нажимной диск и диафрагменная пружина, воздействующие на ведомый диск сцепления, в сборе представляют собой единый узел, получивший название “корзина сцепления”. Ведомый диск сцепления расположен между корзиной и маховиком и соединен с первичным валом коробки передач с помощью шлицев, по которым он может перемещаться.
Диафрагменная пружина корзины может быть либо нажимного, либо вытяжного принципа действия. Отличие – в направлении приложения усилия от привода сцепления: к маховику или от маховика. Особенность конструкции пружины вытяжного действия позволяет использовать корзину, толщина которой значительно меньше. Это делает узел максимально компактным.
Принцип работы
Принцип работы сцепления основан на жестком соединении ведомого диска сцепления и маховика двигателя за счет возникающей силы трения от усилия, которое создает диафрагменная пружина.
Сцепление имеет два режима: «включено» и «выключено». Основное время работы ведомый диск прижат к маховику.
Крутящий момент от маховика передаётся ведомому диску, а от него через шлицевое соединение на первичный вал коробки передач.
Схема работы диафрагменной пружины
Для выключения муфты водитель нажимает на педаль, которая соединена с вилкой механическим или гидравлическим приводом. Вилка перемещает выжимной подшипник, который, нажимая на концы лепестков диафрагменной пружины, прекращает её давление на нажимной диск, а он, в свою очередь, освобождает ведомый. В этот момент двигатель разъединен с трансмиссией.
После включения нужной передачи в коробке передач водитель отпускает педаль сцепления, вилка перестаёт воздействовать на выжимной подшипник, а тот на пружину. Нажимной диск прижимает ведомый к маховику. Двигатель соединен с трансмиссией.
Виды сцепления
Сухое сцепление
Принцип действия сцепления данного типа основан на силе трения, возникающей при взаимодействии сухих поверхностей: ведущего, ведомого и нажимного дисков. Это обеспечивает жесткую связь двигателя и коробки передач. Сухое однодисковое сцепление – самый распространенный вид, использующийся на основной массе автомобилей с механической КПП.
Мокрое сцепление
Данный вид сцепления предполагает работу трущихся поверхностей в масляной ванне. По сравнению с сухой, такая схема обеспечивает более плавное соприкосновения дисков; узел эффективнее охлаждается за счет циркуляции жидкости и может передавать больший момент на трансмиссию.
Двойное сцепление мокрого типа
Мокрая схема обычно применяется на современных роботизированных КПП с двойным сцеплением. Особенность работы такого сцепления заключается в том, что на четные и нечетные передачи КПП подается крутящий момент от отдельных ведомых дисков.
Привод сцепления – гидравлический, управляемый электроникой. Переключение скоростей происходит при постоянной передаче крутящего момента на трансмиссию без разрыва потока мощности.
Данная конструкция является более дорогой и сложной в производстве.
Сухое двухдисковое сцепление
Элементы двухдискового сцепления
Сухое двухдисковое сцепление предполагает наличие двух ведомых дисков и промежуточной проставки между ними. Данная схема способна передать больше крутящего момента при тех же размерах механизма сцепления. Сама по себе она проще в производстве по сравнению с мокрой. Обычно применяется на грузовиках и легковых автомобилях с особо мощными двигателями.
Сцепление двухмассового маховика
Двухмассовый маховик состоит из двух частей. Одна из них связана с двигателем, вторая – с ведомым диском. Обе составляющие маховика имеют небольшой свободный ход относительно друг друга в плоскости вращения и соединены пружинами между собой.
Схема двухмассового маховика
Особенностью сцепления двухмассового маховика является отсутствие пружинного демпфера крутильных колебаний в ведомом диске. Функция гашения колебаний заложена в конструкцию маховика. Помимо передачи крутящего момента он максимально эффективно сглаживает вибрации и нагрузки, возникающие от неравномерности работы двигателя.
Ресурс сцепления
Ресурс сцепления главным образом зависит от условий эксплуатации автомобиля, а также от стиля езды водителя. В среднем, срок службы сцепления может доходить до 100-150 тысяч километров пробега. В результате естественного износа, возникающего в момент соприкосновения дисков, фрикционные поверхности изнашиваются и требуют замены. Основная причина – проскальзывание дисков.
Двухдисковое сцепление обладает большим ресурсом за счет увеличенного числа рабочих поверхностей. Выжимной подшипник сцепления задействуется при каждом разрыве соединения двигателя и коробки передач. Со временем в подшипнике вырабатывается и теряет свойства вся смазка, в следствие чего он перегревается и выходит из строя.
Особенности керамического сцепления
Ресурс сцепления и эффективность его работы на пределе нагрузок зависит и от свойств материала, обеспечивающего зацепление дисков.
Стандартный состав накладок дисков сцепления большинства автомобилей включает спрессованную смесь стеклянных и металлических волокон, смолы и каучука.
Поскольку принцип работы сцепления базируется на силе трения, фрикционные накладки ведомого диска рассчитаны на работу при высоких температурах, доходящих до 300-400 градусов Цельсия.
Диск сцепления с керамическими фрикционными накладками
В мощных спортивных автомобилях нагрузки на сцепление намного превышают обычные нормы. Для некоторых трансмиссий может применяться керамическое и металлокерамическое сцепление. В состав материала таких накладок входит керамика и кевлар. Металлокерамический фрикционный материал менее подвержен износу и выдерживает нагрев до 600 градусов без потери рабочих качеств.
Производители используют различные конструкции муфты сцепления, оптимальные для определенного автомобиля, исходя из его назначения и стоимости. Сухое однодисковое сцепление остается достаточно эффективной и недорогой в изготовлении конструкцией. Данная схема широко применяется на легковых автомобилях бюджетного и среднего классов, а также на внедорожниках и грузовиках.
(8
Устройство автомобилей
Сцепление является элементом трансмиссии, непосредственно передающим крутящий момент от двигателя к последующим элементам трансмиссии посредством сил трения. Как правило, конструкция сцепления предусматривает кратковременное разъединение трансмиссии от двигателя.
Крутящий момент, принимаемый от двигателя, в сцеплении не преобразуется, но при проскальзывании ведущих и ведомых элементов происходят потери энергии двигателя на трение и нагрев деталей сцепления, т. е. снижается общий КПД трансмиссии.
В механической трансмиссии сцепление обеспечивает плавное трогание автомобиля, безударное переключение передач, предотвращает воздействие на двигатель и на трансмиссию больших динамических нагрузок, возникающих при резком изменении частоты вращения коленчатого вала двигателя или ведущих колес автомобиля. Гаситель крутильных колебаний, присутствующий в конструкции современных сцеплений, препятствует появлению ударных и вибрационных нагрузок при работе двигателя и трансмиссии автомобиля.
***
Классификация сцеплений
По характеру работы различают постоянно замкнутые и постоянно разомкнутые сцепления.
Постоянно разомкнутые сцепления осуществляют связь между двигателем и трансмиссией только после достижения коленчатым валом двигателя определенной частоты вращения.
Обычно включение таких сцеплений осуществляется посредством специального механизма, использующего силы инерции, возникающие при вращении деталей (см. далее центробежные сцепления).
Наиболее широкое применение в автомобильной трансмиссии нашли постоянно замкнутые сцепления, в которых при нормальном положении элементов осуществляется жесткая связь двигателя с трансмиссией.
По характеру связи между ведущими и ведомыми элементами различают следующие типы сцеплений:
- фрикционные, передающие крутящий момент во включенном состоянии за счет сил трения;
- гидравлические (гидромуфты), в которых для осуществления связи двигателя с трансмиссией используется кинетическая энергия жидкости (рис. 1, а);
- электромагнитные, работающие на принципе магнитного взаимодействия ведущих и ведомых элементов (рис. 1, б), в том числе порошковые, в которых используется сила трения, возникающая при движении порошка железа (ферронаполнителя) в магнитном поле.
Гидромуфта является разновидностью гидротрансформатора, однако она не имеет реакторного колеса, поэтому не способна увеличивать крутящий момент, принимаемый от двигателя, а лишь передает его от ведущего элемента к ведомому, при этом может трансформировать крутящий момент от нуля до максимума.
Степень трансформации зависит от количества и качества масла в гидромуфте, а также от частоты вращения насосного колеса (коленчатого вала двигателя). Гидромуфты имеют невысокий КПД – потери мощности из-за проскальзывания колес муфты при передаче максимальной мощности могут достигать 3% и даже более.
Включение и выключение гидромуфты осуществляется посредством наполнения или слива масла из рабочего объема, и, поскольку этот процесс требует времени, а турбинное колесо имеет значительную инертность, чистоту и скорость выключения и включения сцепления обеспечить невозможно.
Инертность работы гидромуфты приводит к динамическим нагрузкам на трансмиссию и двигатель при переключении передач, поэтому гидромуфты обычно используют в комбинации с фрикционным сцеплением.
В электромагнитном сцеплении ток, подводимый к электромагниту, создает магнитное поле, которое заставляет его перемещаться в сторону якоря. При этом создается усилие на нажимном диске, которое тем больше, чем больше угловая скорость вращения коленчатого вала двигателя.
При переключении передач электромагнит обесточивается специальным контактором и сцепление выключается.
Из электромагнитных сцеплений наиболее часто используются порошковые, так как в них силовое взаимодействие деталей значительно выше, но и они не получили широкого распространения на автомобилях.
По числу ведомых дисков фрикционные сцепления могут быть однодисковыми (рис. 2, а), двухдисковыми (рис. 2, б) или многодисковыми (с числом ведомых дисков более двух). Многодисковые сцепления применяются очень редко, когда необходимо передать очень большой крутящий момент, например, на большегрузных автомобилях.
По состоянию поверхностей трения различают сухое сцепление, у которого для создания сил трения используется сухое трение между ведущими и ведомыми элементами, и мокрое сцепление, когда для создания сил трения ведущие и ведомые диски погружены в жидкость.
Автомобили марок «ВАЗ», «ЗИЛ», «ГАЗ», оснащены сухими однодисковыми сцеплениями, а автомобили марок «Урал» и «КамАЗ» – сухими двухдисковыми сцеплениями. В планетарных коробках передач в качестве блокировочных фрикционов или тормозных фрикционов используют многодисковые мокрые сцепления.
По способу создания нажимного усилия различают:
- центробежные сцепления, в которых прижатие ведущих и ведомых элементов осуществляется за счет центробежных сил (рис. 3, а);
- сцепления с центральной пружиной, в которых прижатие ведущих и ведомых элементов осуществляется одной или несколькими винтовыми пружинами, расположенными концентрично оси вращения сцепления (рис. 3, б);
- сцепления с мембранной пружиной, в которых прижатие ведомых и ведущих дисков осуществляется посредством тарельчатой пружины специальной формы (рис. 3, в);
- сцепления с периферийными пружинами, в которых прижатие ведомых и ведущих элементов осуществляется посредством цилиндрических пружин, расположенных по перефирии (рис. 2).
Центробежные сцепления устанавливались ранее на некоторых зарубежных грузовых автомобилях и ряде отечественных автомобилей. В них нажимное усилие создается за счет центробежных сил, образуемых при вращении грузиков.
Центробежные сцепления являются нормально разомкнутыми, т. е. при малой частоте вращения вала двигателя или при неработающем двигателе такое сцепление выключено (связь между двигателем и трансмиссией прерывается).
Сцепление с центральной цилиндрической пружиной использовалось в автомобилях марки «Татра».
Сцепление с центральной конической пружиной благодаря конструкции нажимного механизма может передавать достаточно большой крутящий момент при небольших габаритных размерах.
Усилие пружины передается нажимному диску через рычаги, обеспечивая его равномерное прижатие к ведомым элементам. Поскольку нажимная пружина не соприкасается с нажимным диском, она меньше нагревается и дольше сохраняет упругость.
Сцепление с центральной конической пружиной используется на некоторых марках грузовых автомобилей.
Сцепление с мембранной пружиной применяется на легковых автомобилях и грузовых автомобилях малой грузоподъемности.
По типу привода различают сцепления с механическим и гидравлическим приводами. Механический привод содержит только механические элементы. В гидравлическом приводе усилие передается с помощью гидравлической системы.
По наличию и типу усилителей привода различают сцепления:
- с пружинным усилителем (сервопружиной);
- с пневматическим усилителем, работающим с использованием сжатого воздуха;
- с вакуумным усилителем, использующим для работы разрежение во впускном трубопроводе двигателя;
- с гидравлическим усилителем, использующим для работы жидкость под давлением.
***
Требования, предъявляемые к сцеплению
С учетом условий работы, места в схеме передачи энергии трансмиссией автомобиля к сцеплению предъявляются следующие требования:
- надежная передача крутящего момента от двигателя к коробке передач – обеспечивается необходимым запасом момента сцепления (момента трения) на всех режимах работы двигателя, сохранением нажимного усилия в необходимых пределах в процессе эксплуатации;
- полнота включения, т. е. отсутствие пробуксовывания ведущих и ведомых элементов сцепления, обеспечивающая надежную передачу крутящего момента двигателя, – достигается в эксплуатации наличием зазора в механизме выключения и недопущения попадания смазочного материала на трущиеся поверхности;
- полнота («чистота») выключения, обеспечивающая полное разъединение двигателя и трансмиссии, – достигается заданной величиной рабочего хода подшипника выключения и соответственно рабочим ходом педали сцепления;
- плавное включение, обеспечивающее заданную интенсивность трогания автомобиля с места или после включения передачи, – достигается конструкцией сцепления, его привода и темпом отпускания педали сцепления водителем;
- предохранение трансмиссии и двигателя от перегрузок и динамических нагрузок – достигается оптимальной величиной запаса момента сцепления, установкой на нем гасителя крутильных колебаний, специальными мероприятиями в конструкции ведомых элементов;
- малый момент инерции ведомых деталей сцепления, снижающий ударные нагрузки на зубья колес при переключении передач;
- обеспечение нормального теплового режима работы и высокой износостойкости за счет интенсивного отвода теплоты с поверхностей трения и применением качественных фрикционных материалов;
- хорошая уравновешенность с целью исключения «биений» и соответственно динамических нагрузок при работе сцепления;
- экономичность и технологичность: малые габариты, масса, низкая стоимость, простота конструкции и удобство технического обслуживания;
- легкость и удобство управления, возможность автоматизации процессов включения и выключения.
- Фрикционные одно- и двухдисковые сцепления наиболее полно отвечают указанным требованиям и из-за простоты конструкции получили наибольшее распространение.
- ***
- Фрикционные сцепления
Главная страница
Дистанционное образование
- Группа ТО-81
- Группа М-81
- Группа ТО-71
Специальности
Учебные дисциплины
Олимпиады и тесты
Сцепление автомобиля: назначение и устройство
Сцепление служит для кратковременного разъединения двигателя от трансмиссии и плавного их соединения при трогании с места, а также при переключении передач. Сцепление состоит из привода и механизма сцепления.
Устройство сцепления автомобиля
Схема гидравлического привода выключения сцепления и механизма сцепления:
- коленчатый вал;
- маховик;
- ведомый диск;
- нажимной диск;
- кожух сцепления;
- нажимные пружины;
- отжимные рычаги;
- нажимной подшипник;
- вилка выключения сцепления;
- рабочий цилиндр;
- трубопровод;
- главный цилиндр;
- педаль сцепления;
- картер сцепления;
- шестерня первичного вала;
- картер коробки передач;
- первичный вал коробки передач.
Привод выключения сцепления
Привод выключения сцепления (гидравлического типа) состоит из:
- педали,
- главного цилиндра,
- рабочего цилиндра,
- вилки выключения сцепления,
- нажимного подшипника,
- трубопроводов.
При нажатии на педаль сцепления, усилие ноги водителя, через шток и поршень, передается жидкости, которая, в свою очередь, передает давление от поршня главного цилиндра на поршень рабочего.
Далее шток рабочего цилиндра перемещает
вилку выключения сцепления и нажимной подшипник, который и передает усилие на механизм сцепления.
Когда же водитель отпустит педаль, то под воздействием возвратных пружин все детали привода займут исходные позиции.
Механизм сцепления
Механизм сцепления представляет собой устройство, в котором происходит передача крутящего момента за счет работы сил трения. Именно механизм сцепления позволяет кратковременно разъединять двигатель и коробку передач, а затем вновь
плавно их соединять.
Кроме того, сцепление предохраняет детали трансмиссии от перегрузок. При неравномерном вращении коленчатого вала двигателя в трансмиссии возникают колебания. Для их гашения в сцеплении имеется гаситель колебаний или демпфер. Элементы механизма заключены в картер сцепления, который крепится к картеру двигателя.
Детали механизма сцепления
Механизм сцепления состоит из:
- картера и кожуха,
- ведущего диска (которым является маховик коленчатого вала двигателя),
- нажимного диска с пружинами,
- ведомого диска со специальными износостойкими накладками и гасителем колебаний.
Ведомый диск, связанный с первичным валом коробки передач, постоянно прижат к маховику нажимным диском под воздействием очень сильных пружин.
За счет огромных сил трения между маховиком, ведомым и нажимным дисками, все это вместе, как единое целое, вращается при работе двигателя.
Но это только тогда, когда водитель не трогает педаль сцепления, независимо от того едет ли или стоит на месте его автомобиль.
А для начала движения машины, необходимо прижать ведомый диск, связанный с ведущими колесами (через первичный вал коробки передач и другие составляющие трансмиссии), к вращающемуся маховику, то есть – включить сцепление.
Схема работы сцепления
Как правильно включать сцепление? Вначале приотпускаем педаль, то есть даем возможность пружинам нажимного диска подвести ведомый диск к маховику до их легкого соприкосновения.
За счет сил трения диск, проскальзывая некоторое
время относительно маховика, тоже начнет вращаться, а ваш автомобиль потихоньку двигаться.
Затем на две – три секунды удерживаем педаль сцепления в средней позиции для того, чтобы скорость вращения маховика и диска уравнялись.
Машина при этом немного увеличивает скорость движения. И, наконец, когда маховик вместе с нажимным и ведомым дисками уже вращаются вместе без проскальзывания с одинаковой скоростью, 100%-но передавая крутящий момент к коробке передач
и далее на ведущие колеса автомобиля, остается только полностью отпустить педаль сцепления и убрать с нее ногу.
Если при начале движения педаль сцепления резко бросить, то автомобиль «прыгнет» вперед, а двигатель заглохнет. В худшем же варианте, что-нибудь еще и сломается, так как в этот момент возникает сильная ударная волна, которая многократно увеличивает нагрузки на все детали двигателя и агрегаты трансмиссии.
Для выключения сцепления водитель нажимает на педаль, при этом нажимной диск отходит от маховика и освобождает ведомый диск, прерывая передачу крутящего момента от двигателя к коробке передач. Нажимать на педаль сцепления следует достаточно быстрым, но не резким, спокойным движением до конца хода педали.
Основные неисправности сцепления
Сцепление «ведет» (выключается не полностью) из-за большого свободного хода педали сцепления, перекоса нажимного подшипника, коробления ведомого диска или поломки пружин. Для устранения неисправности следует отрегулировать свободный ход педали, удалить воздух из гидропривода, заменить неработоспособные диски и пружины.
Сцепление «пробуксовывает» (включается не полностью) из-за малого свободного хода педали, замасливания или износа фрикционных накладок ведомого диска, поломки пружин. Для устранения неисправности необходимо отрегулировать свободный ход педали, промыть или поменять диски, пружины.
Сцепление включается резко вследствие заеданий в механизме привода, задирах на рабочих поверхностях дисков, маховика и разрушения фрикционных накладок ведомого диска. Для устранения неисправности следует заменить неисправные узлы привода, устранить задиры на поверхностях дисков, заменить ведомый диск.
Подтекание тормозной жидкости в приводе выключения сцепления возможно из главного или рабочего цилиндров, а также в соединительных трубках.
Для устранения неисправности следует визуально определить место утечки и заменить неисправные узлы, с последующей прокачкой всего гидропривода (удалить из него воздух).
Эксплуатация сцепления
При эксплуатации автомобиля необходимо периодически проверять уровень в бачке, питающем жидкостью гидравлический привод сцепления. Если уровень окажется меньше нормы, то его обязательно следует восстановить, долив тормозной жидкости.
В противном случае, когда ее уровень понизится до нуля, усилие вашей ноги на педали сцепления будет передаваться в никуда.
Пониженный уровень жидкости или неправильная регулировка сцепления может привести к тому, что передачи на вашем автомобиле будут включаться с огромным усилием или вообще включаться не будут.
И если, при полностью нажатой педали
сцепления, вам все-таки удастся «впихнуть» первую передачу, то автомобиль самопроизвольно начнет медленное движение, хотя в данный момент двигатель еще должен быть отделен от ведущих колес.
Как это может случиться и почему машина едет?
Описанная неприятность называется – сцепление ведет. Суть происходящего в следующем. В то время, когда ведомый диск сцепления не должен иметь контакта с маховиком, он все-таки за него немного цепляется, и поэтому часть крутящего момента передается на вал коробки передач и далее на ведущие колеса.
Со сцеплением может случиться неприятность и другого рода. Так как каждый раз, отпуская педаль сцепления, мы заставляем обе поверхности ведомого диска сильно тереться о железный маховик и не менее железный нажимной диск, то естественно боковые поверхности ведомого диска со временем изнашиваются.
Это нормальный процесс, предусмотренный конструкцией автомобиля, и ведомый диск является расходным материалом.
Однако наступает момент, когда и первая передача включена, и педаль сцепления наверху, и «газуете» вы так, что у проезжающих мимо водителей «сердце кровью обливается».
Но износ накладок ведомого диска уже настолько велик, что теперь он не зажимается между маховиком и нажимным диском с должным усилием, и, прокручиваясь, не передает крутящий момент от двигателя к трансмиссии. Описанное явление называется – сцепление пробуксовывает.
Конечно, здесь описан пример совсем уж глухого и слепого водителя, потому что машина намного раньше «предупреждала» его о том, что такой случай может произойти в ближайшее время. Еще раньше, на подходе к максимальному износу, ведомый диск начал пробуксовывать, сначала на четвертой передаче, затем на третьей и так далее.
Начало критического износа легко определить, двигаясь на четвертой передаче со скоростью 40 – 45 км/ч. Если при активном нажатии на педаль газа обороты
двигателя начинают увеличиваться, а машина продолжает движение с постоянной скоростью, то в подтверждение своей догадки вы еще и унюхаете специфический запах «подгорающих» накладок диска. Значит, пора покупать новый диск.
«Шелест» в районе сцепления и его пропадание при полностью нажатой педали сцепления означает, что вы должны готовится к замене выжимного подшипника. Резкие старты и ускорения машины, постоянное держание ноги на педали сцепления при
движении ведут к ускоренному износу не только сцепления, но и других агрегатов автомобиля.
Укорачивает срок службы сцепления и еще одна плохая привычка. Это когда водитель долго удерживает педаль сцепления в нажатом состоянии, например, на все время остановки перед красным сигналом светофора.
Сцепление автомобиля
Сцеплением называется силовая муфта, в которой передача крутящего момента обеспечивается силами трения, гидродинамическими силами или электромагнитным полем. Такие муфты называются соответственно фрикционными, гидравлическими и электромагнитными.
Сцепление служит для временного разъединения двигателя и трансмиссии и плавного их соединения. Временное разъединение двигателя и трансмиссии необходимо при переключении передач, торможении и остановке автомобиля, а плавное соединение – после переключения передач и при трогании автомобиля с места.
При движении автомобиля сцепление во включенном состоянии передает крутящий момент от двигателя к коробке передач и предохраняет механизмы трансмиссии от динамических нагрузок, возникающих в трансмиссии.
Так, нагрузки в трансмиссии возрастают при резком торможении с двигателем, пре резком включении сцепления, неравномерной работе двигателя и резком снижении частоты вращения коленчатого вала, наезде колес на неровности дороги и т.д.
На автомобилях применяют различные типы сцеплений (схема 1).
Схема 1 – Типы сцеплений, классифицированных по различным признакам.
Все указанные сцепления, кроме центробежных, являются постоянно замкнутыми, т.е. постоянно включенными и выключаемыми водителем при переключении передач, торможении и остановке автомобиля.
На автомобилях наибольшее применение получили фрикционные сцепления. Однодисковые сцепления применяются на легковых автомобилях, автобусах и грузовых автомобилях малой и средней грузоподъемности, а иногда и большой грузоподъемности.
Двухдисковые сцепления устанавливают на грузовых автомобилях большой грузоподъемности и автобусах большой вместимости.
Многодисковые сцепления используются очень редко – только на автомобилях большой грузоподъемности.
Гидравлические сцепления, или гидромуфты, в качестве отдельного механизма на современных автомобилях не применяются. Ранее они использовались в трансмиссии автомобилей, но только совместно с последовательно установленным фрикционным сцеплением.
Электромагнитные сцепления имели некоторое применение на автомобилях, но широкого распространения не получили в связи со сложностью их конструкции.
Требования к сцеплениям
- Одним из основных показателей сцепления является его способность к передаче крутящего момента. Для ее оценки используется понятие величины коэффициента запаса сцепления ß, определяемой следующим образом:
- ß = МСЦ / Мmax
- где МСЦ – максимальный крутящий момент, который может передать сцепление,
- Мmax – максимальный крутящий момент двигателя.
- Помимо общих требований, касающихся каждого узла автомобиля, к сцеплению предъявляется ряд специфических требований, среди которых:
- Плавность включения.
В эксплуатации она обеспечивается квалифицированным управлением, но некоторые элементы конструкции предназначены для повышения плавности включения сцепления даже при низкой квалификации водителя.
- Чистота выключения.
Абсолютное выключение, при котором крутящий момент на выходном вале сцепления равен нулю, труднодостижимо, но если момент, передаваемый выключенным сцеплением, достаточно мал и не мешает включать передачи, то можно считать, что такое сцепление выключено практически чисто.
- Надежная передача крутящего момента при любых условиях эксплуатации. Слишком низкое значение коэффициента запаса приводит к увеличению времени буксования сцепления при трогании автомобиля (особенно в тяжелых эксплуатационных условиях), повышенному его нагреву и износу.
Излишне большая величина коэффициента запаса сопровождается увеличением размеров и массы сцепления, повышением усилия, необходимого для управления им, и ухудшением предохранения трансмиссии и двигателя от перегрузок.
Обычно значение коэффициента запаса сцепления составляют 1,4 – 1,7 для легковых и 1,5 – 2,0 для грузовых автомобилей, увеличиваясь до 2,3 на тяжелых тягачах.
- Минимальная величина момента инерции ведомых частей. Нарушение этого требования не скажется на выполнении сцеплением своих функций, однако будет приводить к удлинению процесса переключения передач и снижению срока службы синхронизаторов коробки передач.
- Удобство управления. Это общее для всех органов управления требование конкретизируется в виде требований к ходу педали и требуемому для ее нажатию усилию. Действующие в России ограничения в настоящее время составляют 150 Н усилия для автомобилей, имеющих усилители привода сцепления, и 250 Н для автомобилей без усилителей. Ход педали обычно не более 160 мм.
Типовое устройство сцепления – однодисковое, фрикционное
Фрикционным сцеплением называется дисковая муфта, в которой крутящий момент передается за счет силы сухого трения.
Широкое распространение на современных автомобилях получили однодисковые сухие сцепления. Однодисковым сцеплением называется фрикционная муфта, в которой для передачи крутящего момента применяется один ведомый диск.
Однодисковое сцепление (схема 2, а) состоит из ведущих и ведомых деталей, а также из деталей включения и выключения сцепления.
Схема 2 – Однодисковое фрикционное сцепление
а – включено; б – выключено; 1 – кожух; 2 – нажимной диск; 3 – маховик; 4 – ведомый диск; 5 – пластина; 6 – пружина; 7 – подшипник; 8 – педаль; 9 – вал; 10 – тяга; 11 – вилка; 12 – рычаг
Ведущими деталями являются маховик 3 двигателя, кожух 1 и нажимной диск 2, ведомыми – ведомый диск 4, деталями включения – пружины 6, деталями выключения – рычаги 12 и муфта с подшипником 7.
Кожух 1 прикреплен болтами к маховику. Нажимной диск 2 соединен с кожухом упругими пластинами 5. Это обеспечивает передачу крутящего момента от кожуха на нажимной диск и перемещение нажимного диска в осевом направлении при включении и выключении сцепления. Ведомый диск 4 установлен на шлицах первичного (ведущего) вала 9 коробки передач.
Сцепление имеет привод, в который входят педаль 8, тяга 10, вилка 11 и муфта с выжимным подшипником 7.
При отпущенной педали 8 сцепление включено, так как ведомый диск 4 прижат к маховику 3 нажимным диском 2 усилием пружин 6. Сцепление передает крутящий момент от ведущих деталей к ведомым через поверхности трения ведомого диска с маховиком и нажимным диском.
При нажатии на педаль 8 (схема 2, б) сцепление выключается, так как муфта с выжимным подшипником 7 перемещается к маховику, поворачивает рычаги 12, которые отодвигают нажимной диск 2 от ведомого диска 4.
В этом случает ведущие и ведомые детали сцепления разъединены, и сцепление не передает крутящий момент.
Однодисковые сцепления просты по конструкции, дешевы в изготовлении, надежны в работе, обеспечивают хороший отвод теплоты от трущихся поверхностей, чистоту выключения и плавность включения. Они удобны в обслуживании при эксплуатации и ремонте.
В однодисковых сцеплениях сжатие ведущих и ведомых деталей может производиться несколькими цилиндрическими пружинами, равномерно расположенными по периферии нажимного диска. Оно также может осуществляться одной диафрагменной пружиной или конической пружиной, установленной в центре нажимного диска.
Сцепление с периферийными пружинами несколько сложнее по конструкции (большое количество пружин). Кроме того, поломка одной из пружин в эксплуатации может быть не замечена, что приведет к повышенному износу сцепления.
Сцепление с одной центральной пружиной проще по конструкции и надежнее в эксплуатации.
При центральной диафрагменной пружине сцепление имеет меньшие массу и габаритные размеры, а также меньшее количество деталей, так как пружина кроме своей функции выполняет еще и функцию рычагов выключения сцепления. Кроме того, она обеспечивает равномерное распределение усилия на нажимной диск.
Сцепления с центральной диафрагменной пружиной применяются на легковых автомобилях из-за трудности изготовления пружин с большим нажимным усилием при малых габаритных размерах сцепления.
Сцепление с центральной конической пружиной имеет преимущество в том, что нажимная пружина не соприкасается с нажимным диском и поэтому при работе сцепления меньше нагревается и дольше сохраняет свои упругие свойства. Кроме того, благодаря конструкции нажимного механизма сцепление может передавать большой крутящий момент при сравнительно небольшой силе пружины. Такие сцепления применяются на грузовых автомобилях большой грузоподъемности.
Приводы сцеплений
Приводы фрикционных сцеплений могут быть механическими, гидравлическими и электромагнитными. Наибольшее применение на автомобилях получили механические и гидравлические приводы.
Механические приводы просты по конструкции и надежны в работе. Однако они имеют меньший КПД, чем гидравлические приводы сцеплений.
Гидравлические приводы, имея большие КПД, обеспечивают более плавное включение сцепления и уменьшают усилие, необходимое для выключения сцепления. Но гидравлические приводы сложнее по конструкции и в обслуживании, менее надежны в работе, более дорогостоящи и требуют больших затрат при обслуживании в эксплуатации.
Для облегчения управления сцеплением в приводах часто применяют механические усилители в виде сервопружин, пневматические и вакуумные. Так, сервопружины уменьшают максимальное усилие выключения сцепления на 20…40%.
Загрузка...
