Назначение сцепления

ДВС

КП

Сцепление

Карданная передача

Дифференциал

Главная передача

Полуоси

Ведущие колеса

Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) 1 предназначен для перевода тепловой энергии сгорающего газа в механическую энергию вращения маховика. Далее, как и в любом механическом приводе, между источником механической энергии и трансмиссией устанавливается предохранительная муфта (в данном случае фрикционная) для защиты от перегрузок. У автомобиля эта муфта называется сцеплением 2. Далее следует коробка передач (КП) 3, карданная передача 4, главная передача 5, дифференциал 6, полуоси 7 и ведущие колеса 8.

Сцепление

Сцепление является первым узлом трансмиссии автомобиля и, как уже говорилось, предназначено для защиты ДВС и трансмиссии от перегрузок. Кроме того сцепление служит для:

- кратковременного отключения двигателя от трансмиссии (при переключении передач, торможении и т.д.);

- последующего их плавного соединения (после включения передачи или при трогании с места);

- ограничения амплитуд крутильных колебаний в трансмиссии;

- ограничения динамических нагрузок в трансмиссии.

Классификация сцепления

По принципу передачи крутящего момента:

1. Фрикционные (на автомобилях применяют в основном сцепления такого типа).

2. Гидродинамические (гидромуфта или гидротрансформатор на автомобилях с гидромеханической коробкой передач). Такие применяются на автобусах ЛиАЗ или иномарках.

3. Электромагнитные (на автомобилях с ручным управлением для инвалидов).

Фрикционные в свою очередь делятся по форме фрикционных поверхностей на:

1. Конические (сейчас не применяются, т.к. работает не стабильно, подклинивает).

2. Цилиндрические, или барабанные (на снегоходах для автоматического включения от центробежного эффекта).

3. Дисковые (основной тип).

Дисковые делятся по числу ведомых дисков на:

1. Однодисковые (на автомобилях с малым крутящим моментом).

2. Двухдисковые (при передаче большого момента).

3. Многодисковые (на мотоциклах из-за высокой компактности).

Одно и двухдисковые работают с сухими дисками, а многодисковые – в масляной ванне для стабильной работы (их трудно гарантированно развести при выключении, поэтому диски обильно смазаны маслом, чтобы сцепление не вело).

Наиболее распространенным способом сжатия фрикционных дисков является усилие от предварительно сжатых пружин.

По расположению пружин сцепления бывают:

1. С центральной пружиной (особенно у легковых автомобилей сцепление с центральной диафрагменной пружиной).

2. С периферийными пружинами (сейчас в основном на грузовых).

Сами пружины по форме делятся на :

1. Витые цилиндрические (обычные пружины сжатия).

2. Витые конические (применяются редко).

3. Диафрагменные (тарельчатые) периферийные или центральная.

По механизму управления (приводу):

1. С механическим приводом.

2. Гидравлическим.

3. Вакуумным.

4. Пневматическим.

5. Электрическим.

6. Комбинированным.

Все эти варианты могут быть с усилителем или без него.

Сцепление с периферийными цилиндрическими пружинами

В нормальном состоянии ведомый диск с фрикционными накладками 5 зажат между маховиком 2 и нажимным диском 6 силою предварительно сжатых периферийных пружин 7 (см. рис.). В этом случае крутящий момент от двигателя передается маховиком 2 посредством трения сразу на ведомый диск 5 и вторым путем - через маховик 2 на кожух 4, нажимной диск 5 и также на ведомый диск 5, но уже справа. С ведомого диска момент через шлицевую втулку ведомого диска попадает на шлицы первичного вала коробки передач 9 (первичный вал слева имеет подшипниковую опору 1 в маховике 2).

Для выключения сцепления (отсоединения двигателя от трансмиссии), водитель ногой нажимает на педаль 11. Жидкость выталкивается из главного цилиндра 12 и по трубопроводу 15 давит на поршень рабочего цилиндра 16, перемещая нижний конец вилки 14 вправо. Вокруг опоры 13 верхний конец вилки 14 перемещает влево выжимной подшипник 8 (упор ный шариковый). Подшипник проходит зазор между собой и головкой рычага 10 и надавливает на рычаг 10 влево.

РН

Рычаг 10 поворачивается вокруг опоры 17, закрепленной на кожухе 4. Нижний конец рычага 10 перемещается вправо вместе с прикрепленным к нему нажимным диском 6. Ведомый диск 5 освобождается (нет прижатия – нет и трения – нет передачи крутящего момента).

Все сцепление закрыто снаружи картером (корпусом) 3, который слева крепится к картеру двигателя, а справа - к картеру коробки передач. Упругая характеристика сцепления с периферийными пружинами:

fраб

Δfизнос

Δfвыкл.

PН

Pизнос

Pвыкл.

Чтобы через ведомый диск прошел максимальный момент двигателя без относительной пробуксовки, диски необходимо сжать силой P_Н. Для этого периферийные пружины должны быть предварительно сжаты на f_раб. Характеристика витых цилиндрических пружин линейная. Такая характеристика имеет два недостатка в сцеплении. При износе фрикционных накладок ведомого диска сцепления он становится тоньше, нажимной диск на величину износа накладок Δf_износ приближается к маховику. На эту же величину Δf_износ уменьшается предварительная деформация пружин и их усилие на нажимной диск становится меньшим (P_износ). Поскольку уменьшается сила прижатия – уменьшается и сила трения между дисками и возможна пробуксовка дисков при передаче большого крутящего момента двигателя. Вторым недостатком является увеличение усилия пружин при выключении сцепления. Рычаги отводят нажимной диск от ведомого на величину Δf_выкл.. Деформация пружин возрастает на эту же величину. Сила, создаваемая пружинами также возрастает по линейному закону до значения P_выкл. И это большое усилие приходится, по сути, создавать ногой водителю.

Указанные недостатки можно устранить, используя в сцеплении диафрагменную пружину 4.

Сцепление с диафрагменной пружиной

РН

В таком сцеплении диафрагменная пружина 4 своим наружным диаметром давит на нажимной диск 2, создавая нужное усилие прижатия дисков P_Н. Упирается пружина в кожух 1 с помощью многочисленных опор 6.

При выключении выжимной подшипник 5 перемещается влево, надавливает на диафрагменную пружину по ее внутреннему диаметру. Пружина деформируется вокруг опор 6 и ее наружный диаметр отходит вправо, оттаскивая за крючок 3 нажимной диск от ведомого.

Преимущества использования центральной диафрагменной пружины не только в отсутствии рычагов выключения, но, главное, в нелинейной характеристике такой пружины.

Если наложить на упругую характеристику периферийных цилиндрических пружин характеристику диафрагменной, то преимущества обозначатся наглядно:

fраб

Δfизнос

Δfвыкл.

PН

Pизнос

Pвыкл.

P'износ

.Характеристика диафрагмен. пружины

P'вык.

При износе накладок диафрагменная пружина также уменьшает деформацию на Δf_износ. Однако, сила нажатия P_Н падает незначительно до величины P^'_износ (см. пунктирные стрелки). Это означает, что вероятность пробуксовки дисков также незначительна.

Второе преимущество проявляется при выключении. Как видно из графика, при дополнительной деформации диафрагменной пружины на величину Δf_выкл. усилие пружины не растет, а даже падает до P^'_выкл. (см. пунктирную стрелку).

Ведомый диск сцепления нужно сжимать с такой силой P_Н, чтобы созданный момент трения между дисками превышал передаваемый через сцепление момент двигателя. Иначе будет пробуксовка дисков между собой. Величина, показывающая, на сколько момент трения между дисками сцепления М_СЦ больше максимального момента двигателя М_{е max} называется коэффициентом запаса сцепления β.

β = М_СЦ / М_{е max}

β = 1,2 – 1,25 для легковых автомобилей (момент трения превышает максимальный момент двигателя на 20 – 25 %).

β = 1,5 – 1,8 для грузовых.

β = 2,0 – 2,5 для автомобилей повышенной проходимости.