Конструкция и расчет рычагов выключения сцепления автомобиля

Назначение и общие требования к рычагам выключения. Рычаги выключения сцепления являются ключевым элементом в системе управления трансмиссией, обеспечивающим кинематическую связь между приводом и нажимным диском. Эти детали шарнирно соединяются как с диском, так и с кожухом сцепления, образуя сложный рычажный механизм. В стандартных конструкциях обычно применяется три или четыре таких рычага, равномерно распределенных по окружности. Одной из важных задач проектирования является противодействие влиянию центробежной силы, которая при работе может уменьшить эффективное нажимное усилие пружин. Для нейтрализации этого эффекта центр массы рычагов должен быть расположен как можно ближе к их оси поворота, что минимизирует негативное воздействие.

Компенсация кинематических несоответствий в конструкции. Конструкция опоры рычага в корпусе сцепления должна компенсировать кинематическое несоответствие между траекторией движения его конца и плоскостью нажимного диска. Это достигается за счет обеспечения возможности небольшого радиального перемещения рычага относительно его основной оси. На рис. 35 представлены различные конструктивные схемы, реализующие этот принцип. Каждая из этих схем предлагает уникальное инженерное решение для обеспечения свободы перемещения и снижения потерь на трение, что в конечном итоге повышает КПД всего механизма и продлевает его ресурс.

Анализ конструктивных схем рычагов выключения. В схеме на рис. 35, а компенсация несоответствия осуществляется за счет перекатывания ролика (1) по специальной лыске оси (2) рычага выключения. Для минимизации трения в конструкции, показанной на рис. 35, г, применяется опорная пластина (3), которая позволяет всему узлу, включая ось отжимного рычага (5), перемещаться в отверстии цапфы (6). Эти пластины постоянно прижаты к рычагам и диску мощной пружиной. На рис. 35, в представлена схема с свободной установкой рычага на оттяжном пальце (4) в корпусе.

Современные и технологичные решения опор рычагов. Наиболее технологичным и эффективным с точки зрения снижения трения является решение с использованием игольчатых подшипников, как показано на рис. 35, б. В данной конструкции подшипник (7) размещается в узле, положение которого может регулироваться с помощью гайки с шаровой опорой. Это не только обеспечивает минимальные механические потери, но и позволяет точно компенсировать любые кинематические отклонения в системе, обеспечивая плавность и предсказуемость работы всего механизма выключения сцепления.

Рис. 35. Конструктивные схемы рычагов выключения сцепления

Нажимные рычаги в сцеплениях с центральной пружиной. В специфической конструкции сцеплений с центральной пружиной рычаги, передающие усилие непосредственно на нажимной диск, называются нажимными рычагами. Они могут выполняться как в жестком, так и в упругом исполнении. Применение упругих рычагов позволяет несколько повысить плавность включения трансмиссии, что особенно актуально в случаях, когда использование упругого ведомого диска по каким-либо причинам невозможно. Для улучшения теплоотвода в средней части таких упругих рычагов часто выполняют специальные отогнутые лопасти, способствующие активной вентиляции внутреннего пространства кожуха.

Методика расчета рычагов выключения на прочность. Рычаги выключения проходят обязательный расчет на прочность при изгибе. Расчетная схема для этого представлена на рис. 36. Напряжение изгиба (σ_и) определяется по формуле: σ_и = (N * l) / (W_и * z_p) = (P_max * e) / (W_и * z_p), где N — сила на внутреннем конце рычага при выключении, l и e — расстояния от точки приложения силы до опасного сечения и центра опоры, z_p — число рычагов, W_и — момент сопротивления изгибу, P_max — суммарное усилие пружин. В существующих конструкциях это напряжение обычно находится в диапазоне 300–400 МПа.

Рис. 36. Схема для расчета нажимного диска и рычага выключения: 1 — проушина; 2 — ось; 3 — опорная вилка; 4 — регулировочная гайка; 5 — колпачковая масленка; 6 — передняя крышка коробки передач; 7 — вилка выключения; 8 - муфта выключения сцепления; 9 - упорный шарикоподшипник

Материалы и технология изготовления рычагов выключения. Для изготовления ответственных деталей привода, таких как рычаги выключения, их оси и опорные вилки, обычно применяют мало- или среднеуглеродистые стали. Для придания рабочим поверхностям необходимых эксплуатационных характеристик, в частности, высокой износостойкости, эти детали подвергают химико-термической обработке — цианированию. В результате этого процесса твердость поверхностного слоя достигает 56–62 HRC, что гарантирует длительный срок службы даже в условиях интенсивного трения и высоких нагрузок.

Конструкция и назначение кожуха сцепления. Кожух сцепления выполняет роль несущего каркаса, объединяющего все основные компоненты механизма. Его изготавливают методом холодной штамповки из листовой стали 08 или 10 толщиной 2,5–4 мм. Центрирование кожуха относительно оси маховика является критически важной операцией и осуществляется с помощью центрирующих штифтов, буртиков или специальных болтов. Форма и размеры этой детали напрямую зависят от типа и компоновки самого сцепления, что требует индивидуального подхода к проектированию.

Особенности кожуха для сцеплений с центральной пружиной. В случае сцеплений с центральной пружиной к жесткости кожуха предъявляются повышенные требования. Объясняется это тем, что даже незначительное смещение опор рычагов под действием огромного усилия мощной пружины при выключении может привести к существенному уменьшению полезного рабочего хода педали. Для исключения такой возможности корпус для подобных сцеплений часто не штампуют, а отливают из серого чугуна, который обеспечивает необходимую жесткость и стабильность геометрических параметров.

Рис. 37. Схема циркуляции воздуха внутри кожуха сцепления: 1 и 3 — окна для засасывания и отвода воздуха; 2 — устройство для создания направленного потока воздуха; 4 — воздушный поток

Система вентиляции и охлаждения кожуха сцепления. Ключевым фактором, значительно повышающим работоспособность муфты сцепления, является эффективный отвод тепла от поверхностей трения. Одним из основных требований к кожуху является организация продуманной системы вентиляции. Для этого в его стенках создают специальные вырезы и окна, которые не должны снижать общую жесткость конструкции. Как показано на рис. 37, система воздушного охлаждения работает за счет создания направленной циркуляции воздуха внутри кожуха: воздух поступает через входные окна (1 и 3), направляется к нагретым деталям устройством (2) и в виде потока (4) отводит тепло, одновременно удаляя продукты износа.

Сведения об авторах и источниках:

Авторы: П. П. Лукин; Г. А. Гаспарян; В. Ф. Родионов; К. Ю. Чириков.

Источник: Конструирование и расчет автомобиля. Необычные двигатели.

Данные публикации будут полезны студентам автомобилестроительных и транспортных специальностей, начинающим инженерам-конструкторам и технологам автопрома, а также всем, кто интересуется глубоким пониманием процессов проектирования и компоновки современных автомобилей.