Классификация сцеплений

Автомобильные сцепления в зависимости от вида связи между ведущими и ведомыми элементами бывают фрикционными (пере­дающими крутящий момент трением), гидравлическими (момент передается жидкостью, циркулирующей между лопастными коле­сами) и электромагнитными (момент передается за счет электро­магнитного взаимодействия ведущих и ведомых частей). В гидрав­лических сцеплениях труднореализуемо требование чистоты вы­ключения, электромагнитные сцепления ненадежны и требуют постоянного расхода энергии. Подавляющая часть автомобилей снабжается фрикционными сцеплениями, которые можно класси­фицировать следующим образом:

1. По форме трущихся поверхностей они могут быть дисковыми, конусными и барабанными. Барабанные сцепления используются редко, а конусные вышли из употребления уже более полувека назад, в частности, из-за сложности обеспечения небольшого мо­мента инерции ведомых элементов.

2. Дисковые сцепления по числу ведомых элементов делятся на однодисковые, двухдисковые и многодисковые. Однодисковые и двухдисковые работают без смазочного материала (их называют сухими), многодисковые работают в масляной ванне.

3. По способу сжатия фрикционных поверхностей сцепления подразделяются на пружинные и центробежные. Последние при­меняются редко, что объясняется их большей стоимостью, меньшей надежностью и сложностью реализации предохранительной функции сцепления.

4. По возможности передачи крутящего момента при отсутствии внешнего управляющего воздействия сцепления делятся на нор­мально замкнутые и нормально разомкнутые, причем первые имеют подавляющее распространение. Это объясняется тем, что большую часть времени на движущемся автомобиле сцепление включено, и, следовательно, целесообразно использовать конструкции, в которых фрикционные поверхности постоянно (с помощью пружин) прижаты друг к другу и лишь в момент воздействия водителя принудительно разводятся.

5. По способу управления сцепления классифицируются сле­дующим образом:

— с принудительным управлением;

— с автоматизированным управлением; автоматические сцепления.

Конструкции первого типа полностью управляются водителем. Сцепления с автоматизированным приводом снабжены автомати­ческими устройствами, которые управляют ими как минимум на самой сложной операции - трогании автомобиля с места. Эти устройства' могут быть вакуумными, пневматическими, гидравли­ческими или электромагнитными, причем сам механизм сцепления чаще всего унифицируется со сцеплением, имеющим принудитель­ное управление. В отличие от конструкций второго типа сцепления последней группы обладают внутренней автоматичностью, то есть увеличивают передаваемый момент с ростом частоты вращения вала двигателя. Такими свойствами обладают гидравлические и центро­бежные сцепления, которые для осуществления своей важнейшей функции (обеспечения плавного трогания автомобиля с места) ни в каком управлении не нуждаются.

Конструкция фрикционных сцеплений

. Общее устройство

На рис. 2.1 приведены общий вид и конструктивная схема сухого однодискового нормально замкнутого фрикционного сцепления. В этой конструкции ведущими элементами являются маховик дви­гателя / и нажимной диск 4. Нажимной диск установлен в кожухе сцепления 2, причем в окружном направлении они жестко связаны, а в осевом имеется возможность относительного перемещения. Ко­жух прикреплен к маховику болтами. Ведомый диск 3 установлен на шлицах выходного вала 12 свободно в осевом направлении. Выходной вал сцепления подавляющего большинства автомобилей, имеющих объединенный силовой агрегат в составе двигателя, сцеп­ления и коробки передач, одновременно является входным (пер­вичным) валом коробки передач. Расположенные между кожухом и нажимным диском сжатые при сборке пружины 6 прижимают нажимной, а через него и ведомый диск к маховику, поддерживая сцепление во включенном состоянии.

При буксовании сцепления выделяется тепло, что может вызвать отпуск (потерю упругости) пружин, поэтому под ними устанавливают шайбы 5 из теплоизолирующего материала. По тем же соображениям уменьшения нагрева, который опасен не только для пружин, но и для фрикционных материалов, нажимной диск делают более мас­сивным, чем это следовало бы, исходя только из соображений его прочности и жесткости.

Представленная конструкция снабжена простейшим механиче­ским приводом. Для выключения сцепления водитель нажимает на педаль 10, которая через тягу 13 воздействует на рычаг 15, толкающий вперед муфту 8, несущую подшипник выключения сцепления 7. Подшипник воздействует на внутренние концы рычагов выключения 17 (их обычно 3—4), которые, поворачиваясь вокруг опор 16, от­тягивают нажимной диск, дополнительно сжимая пружины. Ведо­мый диск принудительно от маховика не отводится, а отталкивается от него за счет вибраций и торцевого биения деталей (в пределах допустимой погрешности изготовления). Некоторый крутящий мо­мент выключенным сцеплением все-таки передается, но он очень мал.

В процессе работы ведомый диск, изнашиваясь, становится тонь­ше, а нажимной приближается к маховику. Рычаги 17 при этом поворачиваются, и их внутренние концы удаляются от маховика. Поскольку расстояние между маховиком и подшипником выклю­чения сцепления конструктивно ограничено, то если бы между внутренними концами рычагов и подшипником выключения сцеп­ления исчез зазор «а», концы рычагов уперлись бы в подшипник и часть силы пружин стала бы передаваться на него. Следствием этого были бы два неприятных факта: уменьшение значения ко­эффициента запаса сцепления и ускоренный износ подшипника. Для поддержания зазора «а» в нужных пределах применено регу­лировочное устройство 14. Так как доступ непосредственно к зазору закрыт картером сцепления, его величину контролируют по сво­бодному (легкому) ходу педали. Слишком малый зазор чреват бы­стрым исчезновением, слишком большой увеличивает свободный ход педали, уменьшая остающийся рабочий ход, а это может привести к недостаточному отведению нажимного диска и неполному вклю­чению сцепления.

Муфта 8, на которой закреплен подшипник выключения сцеп­ления, скользит по трубчатой направляющей 11, устанавливаемой на картере сцепления или коробки передач. Рычаг 15, раздваиваясь, охватывает муфту с двух сторон, из-за чего называется вилкой. Иногда трубчатая направляющая 11 отсутствует, и муфта подвеши­вается к вилке 15. В ряде конструкций вилку выполняют в виде вала, опирающегося на картер сцепления и имеющего посередине два пера. Для гарантированного отведения подшипника от рычагов применяют небольшую пружину 9.

Подшипники выключения сцепления почти всегда шариковые упорные или радиально-упорные. На легких автомобилях иногда применяют подшипники скольжения, образованные шлифованным кольцевым подпятником, установленным на внутренних концах ры­чагов выключения 17, и кольцом, закрепленным в обойме, шарнирно соединенной с вилкой. Кольцо изготовлено прессованием из гра­фитового порошка и пропитано парафином, который при работе такого подшипника служит смазочным материалом. Преимущество подшипников скольжения заключается в их меньшей стоимости. Связь нажимного диска с кожухом сцепления можно обеспечить несколькими способами, показанными на рис. 2.2. В варианте «а» крутящий момент передается на нажимной диск через пальцы, в варианте «б» - через выступы на маховике и прорези в нажимном диске, в варианте «в» - через выступы на нажимном диске и окна в кожухе сцепления. Под действием передаваемого крутящего мо­мента в местах контакта нажимного диска с кожухом (или махо­виком) рождаются заметные тангенциальные силы. Кроме того, нажимной диск балансируется только в сборе с кожухом сцепления, поэтому в собранном сцеплении он может сохранить собственный небольшой дисбаланс, под действием которого стремится сместиться в радиальном направлении. Поэтому для его осевого перемещения в процессе выключения и включения сцепления приходится пре­одолевать силу трения, которая может быть настолько велика, что сила нажимных пружин окажется недостаточной для создания не­обходимого сжатия фрикционных поверхностей и реальный коэф­фициент запаса сцепления будет намного ниже расчетного. Из этого следует, что наилучшим, хотя и не самым простым, является вариант «г», при котором диск /вывешивается на плоских тангенциальных пружинах /, деформирующихся при его осевых перемещениях. Эти

Рис. 2.2. Способы передачи крутящего момента на нажимной диск сцепления

Рис. 2.3. Вариант установки и креп­ления рычажка выключения сцеп­ления

пружины, обеспечивая возможность осевого перемещения нажим­ного диска, передают ему крутящий момент со стороны маховика, исключая возникновение дополнительных сил трения. На тяжелых автомобилях для передачи крутящего момента необходимы пружины большого сечения. Для того чтобы изгибная жесткость не была слишком большой, каждую пружину собирают из двух-трех тонких пластин.

Особенностью показанных на рис. 2.1 рычажков //является их шар­нирное закрепление. Если рычажок соединить с нажимным диском при помощи шарнира с одной степенью свободы, то все его точки, не лежащие на оси шарнира, будут при выклю­чении сцепления двигаться по ок­ружностям, то есть наряду с осевым иметь и радиальное перемещение. Следовательно, простое шарнирное соединение рычажка с кожухом сцеп­ления невозможно. На рис. 2.3 пока­зано одно из возможных конструк­тивных решений, когда рычажок 1 имеет качающуюся опору, взаимодей­ствующую с кожухом 4 посредством сферического торца гайки 2, поджи­маемой к кожуху пружиной 3. Качание опоры осуществляется за счет скольжения гайки по сферической постели кожуха. Эти же гайки используются для регулировки с целью установки внутренних концов всех рычажков в плоскость, перпендикулярную оси вращения сцепления.

Шарниры рычажков в современных конструкциях снабжают игольчатыми подшипниками, что повышает КПД привода сцепле­ния, но удорожает конструкцию, так как, кроме прочего, должна быть обеспечена высокая твердость поверхностей, с которыми кон­тактируют тела качения подшипников.

Часто несогласованность перемещений поверхностей рычагов выключения и контактирующих с ними тел компенсируют за счет скольжения. Например, внутренние концы рычагов при вращении вокруг опоры, расположенной на нажимном диске, скользят в ра­диальном направлении по поверхности кольца подшипника. Такой прием резко упрощает конструкцию, но снижает КПД, а приме­нительно к внутренним концам рычагов имеет еще два недостатка. Первый заключается в том, что отказ подшипника выключения сцепления обычно сопровождается его заклиниванием, в силу чего при попытке выключить сцепление рычажки с большой скоростью скользят по неподвижному кольцу заклинившего подшипника, бу­дучи сильно к нему прижатыми. Естественно, что внутренние концы рычажков при таком режиме работы моментально изнашиваются. Для исключения этого на внутренние концы рычажков иногда ус­танавливают вращающееся вместе с ними промежуточное кольцо, аналогичное подпятнику, применяемому при подшипниках сколь­жения.

Другой недостаток состоит в том, что вследствие радиального скольжения рычажков они изнашиваются и при нормальной работе. Это может приводить к тому, что сцепление придется снимать с эксплуатации прежде достижения автомобилем предусмотренного расчетного пробега. Для устранения этого недостатка в некоторых случаях на внутренних концах рычажков устанавливают ролики 5 (рис. 2.3). В этом случае изнашивание переносится с малого по площади контакта рычажка с подшипником на большую площадь, по которой ролик взаимодействует с осью, к тому же повышается ремонтопригодность конструкции.