Конструкция и анализ сцепления

Устройство и принцип работы сцепления автомобиля

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:

  1. Плавное разъединение и соединение двигателя и коробки передач.
  2. Передача крутящего момента без проскальзывания (без потерь).
  3. Компенсация вибраций и нагрузок от неравномерности работы двигателя.
  4. Снижение нагрузок на элементы двигателя и трансмиссии.

Элементы 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

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.

Анализ и оценка конструкций фрикционных сцеплений

Лабораторная работа №1

студент группы ЭРА-10

Симферополь 2013 г

Содержание:

1. Классификация сцеплений

2. Требования, предъявляемые к сцеплениям общие и специфические

3. Анализ и оценка конструкций фрикционных сцеплений

3.1 Надежная передача крутящего момента

3.2 Плавность и полнота включения

3.3 Чистота выключения

3.4 Минимальный момент инерции ведомых элементов

3.5 Предохранение трансмиссии от динамических нагрузок

3.6 Поддержание нажимного усилия в заданных пределах в процессе эксплуатации

3.7 Минимальная затрата физических усилий

3.8 Хорошая уравновешенность

4 Основные элементы фрикционного сцепления

4.1 Нажимной диск

4.2 Рычаги выключения сцепления

4.3 Ведомый диск сцепления

4.4 Фрикционные накладки

4.5 Кожух сцепления

5 Привод сцепления

5.1 Типы приводов сцеплений (привести схему и эскиз конструкций, описать работу):

5.2 Детали приводов сцепления:

– вилка выключения сцепления;

– подшипник выключения сцепления

6. Материалы, применяемые в конструкциях сцеплений

Классификация сцеплений

Требования, предъявляемые к сцеплениям общие и специфические

требования: обеспечение минимальных размеров и массы, простота устройства и обслуживания,

технологичность, ремонтопригодность, низкий уровень шума.

надежная передача крутящего момента от двигателя к трансмиссии;

плавность и полнота включения;

минимальный момент инерции ведомых элементов;

хороший отвод теплоты от поверхностей трения;

предохранение трансмиссии от динамических нагрузок;

поддержание нажимного усилия в заданных пределах в процессе эксплуатации;

минимальные затраты физических усилий на управление;

Анализ и оценка конструкций фрикционных сцеплений

3.1Надежная передача крутящего момента от двигателя к трансмиссии.Сцепление

автомобиля должно обеспечивать возможность передачи крутящего момента, превышающего крутящий момент двигателя. При износе фрикционных пар, когда сила нажатия пружин ослабевает, сцепление может пробуксовывать. Длительное пробуксовывание сцепления приводит к выходу его из строя.

Максимальное значение передаваемого сцеплением момента определяется уравнением

Обычно принимают коэффициент запаса β=1,2. 2,5 в зависимости от типа сцепления и его

назначения. Сцепления с регулируемым давлением пружин (рис. 12, б) и сцепления с

диафрагменными пружинами (рис. 12, в) имеют наиболее низкое значение коэффициента запаса.

Большие значения β принимают для сцеплений грузовых автомобилей и автобусов.

Момент МС, передаваемый сцеплением, создается в результате взаимодействия

поверхностей трения ведомого диска с контртелом (маховиком, нажимным диском).

Рис. 12. Основные типы конструкций сцеплений:

а—однодисковое с периферийными пружинами; б—однодисковое с центральной конической

пружиной; в— однодисковое с диафрагменной пружиной; г—двухдисковое с периферийными

пружинами; 1— ведомый диск; 2— пружина; 3— главный цилиндр; 4— выжимной подшипник;

5— регулировочная гайка; 6— рабочий цилиндр; 7— маховик двигателя; 8— нажимной диск; 9

рычаг выключения; 10— пружина гасителя крутильных колебаний; 11— прокладки; 12

центральная пружина; 13—диафрагменная пружина

3.2Плавность и полнота включения.Наиболее высокую плавность включения имеют

многодисковые сцепления, однако они применяются редко. В однодисковых и двухдисковых сцеплениях плавность включения достигается рядом мероприятий: применением фрикционных материалов, обеспечивающих плавное нарастание силы трения; использованием упругих ведомых дисков (разрезной диск, имеющий некоторую конусность или выпуклость секторов, пластинчатые пружины между ведомым диском и одной из фрикционных накладок и др.); созданием упругих элементов в механизме выключения (лепестки диафрагменной пружины).

В небольшой степени способствуют плавности включения пружины гасителя крутильных

Для обеспечения полноты включения, необходимой при передаче полного момента

двигателя без пробуксовывания, предусматривают специальные регулировки сцепления и его привода. Эти регулировки предназначены для создания необходимого зазора между подшипником муфты выключения сцепления и концами рычагов выключения, а следовательно, пропорционального этому зазору холостого хода педали. При значительном износе трущихся поверхностей зазор уменьшается и рычаги выключения упираются в подшипник муфты выключения, что препятствует созданию пружинами необходимого нажимного усилия.

3.3Чистота выключения.Полное разъединение двигателя и трансмиссии в однодисковых

сцеплениях достигается созданием необходимого отвода нажимного диска; в двухдисковых сцеплениях (а также в трехдисковых, имеющих унифицированные с двухдисковыми элементы) должно предусматриваться для принудительного отвода внутреннего диска специальное устройство. Оно предназначено для установки внутреннего нажимного диска в положение, при котором оба ведомых диска находятся в свободном состоянии, когда наружный нажимной диск принудительно отводится при выключении сцепления.

В сцеплениях автомобилей КамАЗ равноплечий рычаг автоматически устанавливает

средний нажимной диск на одинаковом расстоянии от маховика и наружного нажимного диска

(рис. 14, а). В сцеплениях автомобилей МАЗ стержень связан со средним нажимным диском,

имеющим разрезное пружинное кольцо, которое позволяет перемещаться этому диску на

расстояние, равное зазору между пружинным кольцом и скобой (рис. 14, б). При износе накладок

ведомого диска пружинное кольцо усилием нажимных пружин сцепления устанавливается в новое

положение. Таким образом, регулирование происходит автоматически. На рис. 14, в показан

периодически регулируемый в эксплуатации упорный стержень.

3.4Минимальный момент инерции ведомых элементов.Он необходим для уменьшения

ударных нагрузок зубчатых колес и работы трения в синхронизаторах при переключении передач. При включении не-синхронизированной передачи ударная нагрузка на зубья пропорциональна моменту инерции ведомых элементов сцепления, снизить который можно только уменьшением диаметра диска (снижение маховой массы диска) и массы фрикционных накладок. Диаметр ведомых дисков сцеплений автомобилей большой грузоподъемности редко превосходит 400 мм.

Толщину накладок в соответствии с ГОСТ 1786—88 выбирают в пределах 3,3. 4,7 мм.

3.5Предохранение трансмиссии от динамических нагрузок.Динамические нагрузки в

трансмиссии могут быть единичными (пиковыми) и периодическими.

Пиковые нагрузки возникают в следующих случаях: при резком изменении скорости

движения (например, при резком торможении с невыключенным сцеплением); при резком

включении сцепления; при наезде на неровность.

Наибольшие пиковые нагрузки элементы трансмиссии испытывают при резком включении сцепления. В этом случае трансмиссия закручивается не только крутящим моментом двигателя, но в большей степени моментом касательных сил инерции Ми вращающихся частей двигателя.

Таким образом, инерционный момент зависит от угловой скорости коленчатого вала в

момент резкого включения сцепления и от крутильной жесткости трансмиссии. Включение в трансмиссию упругого звена способствует уменьшению этого момента. Таким упругим звеном может быть упругий полукарданный шарнир, установленный в карданной передаче (автомобили ВАЗ), в меньшей степени (снижают нагрузки на 5. 10 %) эти функции выполняют пружины гасителя крутильных колебаний, устанавливаемые в сцеплении.

Периодические нагрузки возникают в результате неравномерности крутящего момента

двигателя. Они являются источником шума в зубчатых передачах, повышенного напряжения в элементах трансмиссии, а часто — причиной поломок деталей от усталости, особенно при резонансе.

Для гашения крутильных колебаний трансмиссии в сцеплении устанавливают гаситель крутильных колебаний.

В настоящее время широко применяются гасители крутильных колебаний упруго-

фрикционного типа. Основное назначение таких гасителей — поглощать энергию колебаний трансмиссии при совершении работы трения фрикционных элементов, размещенных в гасителе.

Крутящий момент, передаваемый при максимальной деформации пружин гасителя,

несколько превышает расчетный максимальный момент сцепления Mг=(1,2. 1,3)МСmах. Этим

обеспечивается гашение колебаний при значении крутящего момента больше расчетного, что

необходимо для преодоления трения покоя в сцеплении.

Рис. 16. Упругие характеристики гасителей крутильных колебаний

Типовая упругая характеристика гасителя крутильных колебаний приведена на рис. 16

(штриховая линия); петля гистерезиса, площадь которой эквивалентна рассеиваемой гасителем

энергии за один цикл колебаний, не показана, точки перегиба соответствуют максимальной

деформации пружин гасителя.

3.6Поддержание нажимного усилия в заданных пределах в процессе эксплуатации.

Применение сцеплений с регулируемым в эксплуатации нажимным усилием, установка сцеплений с диафрагменными пружинами, уменьшение жесткости нажимных пружин — все это позволяет поддерживать нажимное усилие в расчетных пределах.

Упругая характеристика конической

пружины такова, что уменьшение деформации приводит к резкому снижению нажимного усилия. Поэтому при эксплуатации автомобилей с таким сцеплением необходимо строго следить за неизменностью свободного хода педали сцепления, так как увеличение свободного хода свидетельствует о снижении нажимного усилия. Своевременное регулирование свободного хода педали предотвращает буксование сцепления и выход его из строя.

Читайте также:  Как выбрать и проверить крестовину карданного вала

Автоматически поддерживается нажимное усилие в определенных пределах в сцеплении с диафрагменной пружиной.

В начальной стадии изнашивания фрикционных накладок нажимное усилие не

уменьшается, а несколько увеличивается.

Рис. 17. Упругие характеристики нажимных пружин:

1— конической; 2— диафрагменной; f`1 и f2 — деформации пружин;

Рпр1 и Рпр2— усилия пружин до износа; P’,v2 —усилие пружины после износа

Применение диафрагменной пружины в сцеплении позволяет упростить конструкцию, так

как число деталей сцепления сокращается примерно в 2 раза, а длина сцепления уменьшается в результате совмещения одной деталью функций нажимной пружины и рычагов выключения. Диафрагменная пружина обеспечивает равномерное распределение нажимного усилия по всей накладке. Важным преимуществом диафрагменной пружины по сравнению с периферийными является то, что при повышенной угловой скорости центробежные силы не искажают ее характеристику.

Рис. 18. Сцепление с диафрагменной пружиной

(выпуклость пружины направлена внутрь сцепления)

Рис. 19. Сравнительная характеристика цилиндрических

Расчет сцепления и анализ конструкции

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 13 Января 2011 в 01:52, курсовая работа

Краткое описание

В данной курсовой работе рассчитываем сцепление автомобиля с колесной формулой 4×2 полной массы 13677 кг. Прототипом является сцепление автомобиля ЗИЛ-130. Сцепление является головным узлом трансмиссии. Оно размещено между двигателем и коробкой передач и предназначено для кратковременного разъединения двигателя и трансмиссии и их соединения вновь с необходимой плавностью. Сцепление служит также для предохранения деталей трансмиссии от динамических перегрузок.

Содержание

1. Техническая характеристика ЗИЛ-130…………………………………

1.Конструкция сцепления и приводов управления………………….
2.Классификация сцеплений………………………………………….
3.Анализ использования различных видов конструкций………….
4.Материалы, применяемые для изготовления основных деталей…
5.Выбор исходных данных……………………………………………

2.Расчет сцепления и анализ конструкции……………………………..

2.1 Оценка износостойкости сцепления………………………………..
2.2 Оценка теплонапряжённости сцепления……………………………
2.3 Расчет деталей сцепления на прочность………………………….

2.3.1 Расчёт нажимных пружин сцепления………………………..
2.3.2 Расчёт пружин демпфера сцепления…………………………
2.3.3 Расчёт ступицы ведомого диска………………………………
2.3.4 Расчет вала сцепления…………………………………………
3. Заключение……………………………………………………………….

4.Список используемой литературы……………………………………

Вложенные файлы: 1 файл

записка.doc

Содержание:

1. Техническая характеристика ЗИЛ-130…………………… ……………

    1. Конструкция сцепления и приводов управления………………….
    2. Классификация сцеплений………………………………………….
    3. Анализ использования различных видов конструкций………….
    4. Материалы, применяемые для изготовления основных деталей…
    5. Выбор исходных данных……………………………………………

  1. Расчет сцепления и анализ конструкции……………………………..

2.1 Оценка износостойкости сцепления………………………………..

2.2 Оценка теплонапряжённости сцепления……………………………

2.3 Расчет деталей сцепления на прочность………………………….

2.3.1 Расчёт нажимных пружин сцепления………………………..

2.3.2 Расчёт пружин демпфера сцепления…………………………

2.3.3 Расчёт ступицы ведомого диска… ……………………………

2.3.4 Расчет вала сцепления……………………… …………………

4.Список используемой литературы……………………………………

Введение:

В данной курсовой работе рассчитываем сцепление автомобиля с колесной формулой 4×2 полной массы 13677 кг. Прототипом является сцепление автомобиля ЗИЛ-130. Сцепление является головным узлом трансмиссии. Оно размещено между двигателем и коробкой передач и предназначено для кратковременного разъединения двигателя и трансмиссии и их соединения вновь с необходимой плавностью. Сцепление служит также для предохранения деталей трансмиссии от динамических перегрузок.

Кратковременное отсоединение двигателя от трансмиссии необходимо при переключении передач, при торможении автомобиля, а также при пуске двигателя в холодную погоду, чтобы снизить сопротивление проворачиванию коленчатого вала.

Плавное соединение двигателя и трансмиссии необходимо при трогании автомобиля с места, т. е. при разгоне от начальной скорости v=0 до скорости va, соответствующей минимальной устойчивой частоте вращения коленчатого вала; после переключения передач; при маневрировании автомобиля.

В соответствии с назначением конструкция сцепления отличается тем, что связь между ведущими и ведомыми его частями осуществляется регулируемой силой механического трения (фрикционное сцепление), гидродинамическими силами (гидромуфта) или электромагнитным полем (электромагнитное сцепление). Эти способы связи между ведомыми и ведущими частями сцепления обеспечивают возможность вращения их с различной угловой скоростью (с буксованием), что необходимо для плавного соединения двигателя и трансмиссии, а также ограничивают передаваемый крутящий момент.

1.Техническая характеристикаЗИЛ-130:

№ п/пПараметрОбозначениеРазмерностьЗначение
1Полная массаМакг10525
2ГрузоподъёмностьМгкг6000
3Максимальная мощность двигателяNemaxкВт110,3
4Угловая частота вращения коленвала двигателя при максимальной мощностиw Nрад/с335,1
5Максимальный крутящий момент двигателяMemaxН ´ м402
6Угловая частота вращения коленвала двигателя при максимальном крутящем моментеw Mрад/с209,4
7Распределение полной массы:

на переднюю ось

8Распределение собственной массы:

на переднюю ось

9Передаточные числа КПП:

10Передаточное число главной передачиiко6,32
11Максимальная скоростьvаmaxкм/ч90
12КПД трансмиссииh т0,85
13Коэффициент обтекаемостикН ´ с 2 /м 40,5

1.1 Конструкция сцепления и приводов

На автомобилях ЗИЛ-130 установлено однодисковое сцепление с периферийными нажимными пружинами, механическим приводом его выключения и гасителем крутильных колебаний. Ведущую часть сцепления составляют маховик 1 (рис. 1), кожух 10 и нажимной диск 4. Крутящий момент от маховика 1 двигателя передается через болты крепления кожуху 10 сцепления. В три прямоугольные прорези кожуха плотно входят обработанные приливы чугунного нажимного диска 4, передающие вращение от маховика через кожух нажимному диску сцепления.

Ведомой частью сцепления является ведомый диск З. Ступица 25 ведомого диска надета на шлицы ведущего вала коробки передач, через которые крутящий момент от двигателя передается трансмиссии автомобиля. С ведомым диском ступица соединена пружинами 26 и упорными пальцами 24. Опорой для переднего конца ведущего вала служит шарикоподшипник, расположенный в выточке фланца коленчатого вала. Тонкий стальной ведомый диск 3 сцепления сделан разрезным. С обеих сторон к нему приклепаны кольцевые фрикционные накладки из прессованной асбестовой крошки для увеличения трения между дисками при включенном сцеплении.

Сцепление должно плавно включаться при постепенном отпускании педали, поэтому его ведомый диск состоит из стального диска и шести при крепленных к нему волнистых пружинных пластин. Одна из фрикционных накладок (передняя) приклепана непосредственно к диску, а другая (задняя) – к пластинам. При включении сцепления пр. ужинные пластины постепенно выпрямляются, и сила трения между ведомым диском и рабочими поверхностями ведущего диска и маховика плавно увеличивается.

Ведомый диск зажат между ведущим диском и шлифованной поверхностью маховика при помощи восемнадцати пружин 15, под которые со стороны ведущего диска подложены теплоизоляционные шайбы. Назначение этих шайб – предотвратить уменьшение упругости пружин при их нагреве в случае пробуксовывания дисков. От бортовки отверстий кожуха и цилиндрические бобышки ведущего диска центрированы пружинами 15.

Три оттяжных рычага 11 выключения сцепления установлены в вилках 9 на осях, вращающихся в игольчатых подшипниках 6. Вилки 9 шарнирно закреплены в кожухе 10 на пружинах регулировочными гайками 8 с конусной поверхностью. Шарнирное крепление вилок оттяжных рычагов к кожуху сцепления объясняется тем, что при включении сцепления вилка вместе с оттяжным рычагом смещается, так как верхний конец рычага перемещается по прямой линии вместе с приливом нажимного диска. В картере сцепления закреплен шаровой палец 14, на котором размещена вилка 22 выключения сцепления. К раме прикреплен кронштейн 18, в котором на втулках установлен валик 20 педали 21 сцепления. При выключении сцепления водитель нажимает ногой на педаль 21, которая через рычаг 17 привода и регулировочную тягу 16 вилкой 22 выключения сцепления перемещает вперед муфту 12 выключения сцепления. Последняя нажимает через подшипник 13 на внутренние концы оттяжных рычагов 11, отводящих нажимной диск 4 от ведомого диска 3, вследствие чего прекращается передача крутящего момента от двигателя к коробке передач, а нога водителя воспринимает силу сжатых пружин 15.

Рис. 1 – Сцепление и его привод:

1 – маховик; 2 – картер сцепления; 3 – ведомый диск; 4 – нажимной диск; 5, 6 и 13 – подшипники; 7 – масленка; 8 – регулировочная гайка; 9 – опорная вилка; 10 – кожух сцепления; 11 – оттяжной рычаг; 12 – муфта выключения сцепления; 14 – шаровой палец; 15 – нажимная пружина; 16 – регулировочная тяга; 17 – рычаг привода; 18 – кронштейн педалей сцепления и тормоза; 19 – пружина педали сцепления; 20 – валик педалей сцепления и тормоза; 21 – педаль сцепления; 22 – вилка выключения сцепления; 23 – пружина вилки выключения сцепления; 24 – упорный палец; 25 – ступица ведомого диска; 26 – пружина гасителя крутильных колебаний; 27 – передний кронштейн; 28 – пробка; 29 – главный цилиндр; 30 – защитный колпак; 31 – задний кронштейн; 32 – эксцентриковый болт; 33 – промежуточный рычаг; 34 – тяга; 35 и 45 – толкатели; 36 и 43 – поршни; 37 – манжета; 38 – стяжная пружина; 39 и 41 – трубопроводы; 40 и 42 – гибкие шланги; 44 – рабочий цилиндр; А – компенсационное отверстие; Б – перепускное отверстие.

Шарикоподшипник 13 муфты 12 выключения сцепления обеспечивает снижение трения и износа рычагов 11. При выключении сцепления переднее кольцо подшипника вращается вместе с оттяжными рычагами. Момент трения в гасителе создается стальными регулировочными шайбами и фрикционными паронитовыми кольцами. Масленка 7 колпачкового типа, установленная в картере 2 сцепления, служит для смазывания муфты выключения сцепления и ее подшипника 13. При повороте колпачка масло из масленки поступает к муфте по гибкому шлангу.

Для полного включения сцепления необходимо, чтобы зазор между торцом подшипника 13 муфты 12 и головками оттяжных рычагов 11- во включенном сцеплении был равен 3 – 4 мм. Зазор ,регулируют, изменяя регулировочной гайкой длину тяги 16. Все детали сцепления расположены внутри алюминиевого литого картера 2, нижняя съемная половина которого изготовлена из стали.

1.2. Классификация сцеплений

1). По способу передачи крутящего момента сцепление бывает: фрикционное, гидравлическое, электромагнитное.

2). По способу управления различают сцепление с принудительным управлением, с усилителем и без усилителя, а также с автоматическим управлением.

3). По способу создания давления на нажимной диск сцепления делят на пружинные, полуцентробежные и центробежные.

4). По форме поверхностей трения различают дисковые, конусные и барабанные сцепления.

5). По числу ведомых дисков сцепления бывают одно-, двух- и многодисковые.

1.3 Анализ использования различных видов конструкций

На современных автомобилях обычно устанавливают одно- или двухдисковые фрикционные сцепления с принудительным управлением. Такие конструкции позволяют обеспечить основные требования, предъявляемые к сцеплениям.

Однодисковые сцепления просты в изготовлении и обслуживании, обеспечивают хороший отвод теплоты от пар трения, имеют небольшую массу и высокую износостойкость.

Двухдисковые сцепления вызывают необходимость использования повышенного усилия выключения, имеют большие габариты, значительный момент инерции ведомых деталей и увеличенный ход выключения.

На многих современных автомобилях и автобусах устанавливают автоматические сцепления для обеспечения плавного трогания с места и переключения передач автоматически.

1.4 Материалы, применяемые для изготовления основных деталей сцепления

Рабочие пружины изготавливаются из стали Сталь 65Г.

Ведущий диск изготавливают из серого чугуна СЧ 28-48, СЧ 32-52, обладающего хорошими противозадирными и фрикционными свойствами при работе в сочетании с фрикционными накладками.

Ведомый диск изготавливают из стали, обладающей повышенной упругостью.

Ступица ведомого диска изготавливают из стали марок Сталь 40 и Сталь 40Х.

Фрикционные накладки ранее изготавливались из асбеста, металлических наполнителей и связующего вещества (синтетические смолы, каучук), теперь из-за токсичности асбест заменён другими веществами.

Рычаг выключения сцепления, их оси и опорные вилки изготавливаются из мало- или среднеуглеродистой стали и подвергают цианированию до твёрдости HRC 56-60.

Кожух сцепления изготавливают из стали Сталь 10.

1.5 Выбор исходных данных:

Мощность автомобиля Nе=Nпрототип*1,3=110,3*1,3= 143,3 кВт

Устройство и принцип работы сцепления автомобиля

Автомобиль состоит из множества сложных узлов и механизмов. Каждый элемент играет свою незаменимую роль. Если исключить сцепление из общей цепочки, автомобиль будет трогаться с места рывками, а двигатель подвергаться большим нагрузкам. Коробка передач в таких условиях эксплуатации прослужит не более трех дней.

Сцепление: общие сведения и назначение, функции

Сцепление является неотъемлемой частью трансмиссии, а располагается между двигателем и КПП автомобиля, обеспечивая ступенчатое переключение передач, контроль крутящего момента и временное прерывание связи маховика и трансмиссии.

Принцип работы сцепления основывается на силе трения, а если точнее – скольжения. Состоит система сцепления из привода и непосредственного механизма.

При необходимости резкого торможения именно сцепление может уберечь узел от перегрузки.

Управление в автомобилях с механической коробкой передач происходит за счет педали сцепления. С ее помощью удается соединять и разрывать связь между двигателем и КПП. Если педаль отпустить резко, пружина стремительно вернет ее в исходную позицию.

Езда на транспортном средстве с механической коробкой передач при постоянно выжатом сцеплении спровоцирует перегрев и быстрый износ элементов. Езда с пробуксовкой допустима в экстремальных условиях, для поднятия оборотов.

В стандартном виде сцепление отсутствует в гидромеханических КПП и вариаторах. Хотя, в гидромеханических коробках используются фрикционные муфты для плавного переключения передач. Встретить классическую сборку возможно лишь на РКПП, где процессом переключения управляют сервоприводы (гидравлические или электронные). Очень часто в РКПП используются два сцепления для оптимизации процесса и устранения задержек переключения – когда одно сцепление работает, другое в состоянии ожидания для переключения следующей передачи.

Устройство и составляющие сцепления

Устройство сцепления условно можно разделить на две части: механизм и привод. В целом в конструкцию узла входит:

  1. Нажимной диск или корзина. Является основой для других конструктивных элементов сцепления. Имеет непосредственный контакт с выжимными пружинами, которые направлены к центру. Размер площадки пропорционален двум радиусам маховика ДВС. Прижимной участок отличается наличием шлифовки исключительно с одной стороны. Диск имеет плотное соединение с маховиком двигателя.
  2. Ведомый диск. Располагается в зазоре прижимного участка и маховика. Имеет непосредственный контакт с КПП при помощи шлицевой муфты и фрикционных накладок. Вокруг муфты конструктивно находятся демпферные пружины, которые принимают на себя всю вибрацию.
  3. Фрикционные накладки. Находятся в основании и изготавливаются из различных композитных материалов.
  4. Выжимной подшипник. Визуально делится на две части, одна из которых имеет круглую основу для воздействия на пружины корзины. Подшипник расположен на кожухе вала. Существует два типа подшипников: оттягивающего или нажимного принципа. Первый тип нашел свое применение в Peugeot. Иногда подшипник имеет несколько пружин-фиксаторов.
  5. Привод и педаль сцепления. В автоматических коробках сохранен только механизм.

Принцип работы и механизм

Вся работа сцепления построена на трении между дисками. Ведущий диск является частью ДВС, а ведомый диск – элемент трансмиссии. Когда водитель отпускает педаль, то пружины сжимают диски вместе. В итоге за счет фрикционных поверхностей, диски притираются и продолжают вращение с равной угловой скоростью. От силы лепестков пружин зависит показатель абразива диска.

Когда водитель выжимает сцепление, основа привода перемещают вилку, которая впоследствии оказывает влияние на подшипник. Последний перемещается до упора. Пружины в этот момент уже готовы прижать два диска, что значит, что вилка разорвала связь между трансмиссией и маховиком ДВС. Все трансмиссионные удары, когда водитель резко бросает педаль, когда ТС тронулось с места, поглощают и сглаживает отдельный тип пружин.

Принцип работы приводов

Привод напрямую влияет на исправность всего узла и необходим для дистанционного управления из салона. В общей системе выделяют три основных типа:

  • Механический привод сцепления. Является одним из самых распространенных. Усилие передается при помощи троса к вилке. Конструкция находится под покрытием кожуха, который находится перед педалью и вилкой.
  • Гидравлический. Предполагает наличие основного и рабочего цилиндра, которые связаны под большим давлением трубками. После того как водитель нажимает на педаль, активируется шток. Действующий в итоге поршень имеет стойкую манжету и передает давление жидкости к рабочему цилиндру. Последний имеет отдельный шток, который давит на вилку. Используемая в системе жидкость размещается в отдельном бачке.
  • Электрический привод. По принципу действия схожий с механическим приводом. Единственное отличие заключается в срабатывании мотора при давлении на педаль.

Нажатие на педаль сцепления позволяет напрямую оказывать воздействие на нажимной диск автомобиля.

Виды сцепления и классификация

Сегодня автомобилисты выделяют множество классификаций сцепления. Можно встретить однодисковые или многодисковые механизмы. Кроме того, сцепление бывает сухими и мокрым, на это влияет среда, в которой работает узел. Самое большое распространение имеет сухое однодисковое сцепление. Отдельную классификацию выделяют относительно типа рабочего привода и относительно принципа нажатия на корзину.

По характеру силы трения существует два вида: сухое и мокрое. Сухое – обеспечивается за счет функциональной работы передачи вращения между двумя шкивами. Мокрое сцепление работает за счет передачи энергии при помощи сжатия компонентов, находящихся в автомобильном масле.

Отдельно существует различие по количеству шкивов:

  • Однодисковые. Системы, которые характерны как для легкового транспорта, так и для грузового. Элемент применим для автомобилей, у которых крутящий момент попадает в диапазон 0,7–0,8 кНм.
  • Многодисковая система. Применима для тяжелых транспортных средств с высоким крутящим моментом. В конструкции предусмотрено наличие двух рабочих дисков, корзины и системы контроля синхронного нажатия.

Если рассуждать относительно расположения пружин на дисках, то можно отметить, что встречаются два варианта: демпферные пружины помещены по периферии и наличие централизованной диафрагмы.

Особенности сцепления АКПП

Чаще всего автомобили с автоматической коробкой наделенны влажным многодисковым типом сцепления, хотя можно встретить варианты сухого сцепления. Управление выжимной силой, как и переключение передач, происходит за счет работы сервопривода. Актуаторы бывают гидравлические и электрические. Управление сервоприводами происходит при помощи ЭБУ или гидрораспределителя.

Больше всего негодований вызывает работа электрических сервоприводов во время переключения передач. Прежде чем, запустить в работу механизм сцепления, акутатор проводит анализ оборотов двигателя и только потом разъединяет ДВС от трансмиссии. Гидравлический сервопривод реагирует на давление, созданное распределителем и масляным насосом при достижении определенного показателя оборотов. После чего запускает в ход механизм сцепления.

Характеристики керамического и металлокерамического сцепления

В последнее время любители экстремальной быстрой езды открыли для себя керамическое и металлокерамическое сцепление. Керамика значительно выигрывает, если ее установить на мощный агрегат, который любит стартовать с пробуксовкой и сжигать резину. Металлокерамическое сцепление может выдерживать значительные нагрузки и является лучшим выбором гонщиков.

Диски производят с добавление углеродистого волокна, кевлара и керамики. Такой состав позволяет на 10–15% поднять передачу крутящего момента без увеличения прижимной силы, оказываемой на корзину. Живут такие диски, как правило, в четыре раза дольше обычных. Производят 3-х, 4-х, 6-и лепестковые модели, которые отлично справляются с температурными и механическими нагрузками. Некоторые водители жалуются на слишком резкое переключение передач при керамическом сцеплении, но определенного
мнения на этот счет среди автомобилистов пока нет.

Чтобы детально понимать принцип работы сцепления автомобиля теорию необходимо подкреплять практикой. Если такой возможности нет, увидеть наглядный пример можно на роликах в сети:

Анализ конструкций исполнительных механизмов управления сцеплением автомобилей Текст научной статьи по специальности « Механика и машиностроение»

Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Богомолов Виктор Александрович, Клименко Валерий Иванович, Михалевич Николай Григорьевич, Ярита А. А.

Рассмотрены наиболее широко используемые приводы выключения сцепления автомобиля и проанализированы их достоинства и недостатки

Похожие темы научных работ по механике и машиностроению , автор научной работы — Богомолов Виктор Александрович, Клименко Валерий Иванович, Михалевич Николай Григорьевич, Ярита А. А.

ANALYSIS OF ACTUATORS CONSTRUCTIONS FOR VEHICLE CLUTCH CONTROL

The most widely applied actuators of vehicle declutching are considered, and advantages and disadvantages of their operation are analyzed.

Текст научной работы на тему «Анализ конструкций исполнительных механизмов управления сцеплением автомобилей»

АНАЛИЗ КОНСТРУКЦИЙ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ МЕХАНИЗМОВ УПРАВЛЕНИЯ СЦЕПЛЕНИЕМ АВТОМОБИЛЕЙ

В.А. Богомолов, профессор, д.т.н., В.И. Клименко, профессор, к.т.н.,

Н.Г. Мпхалевпч, к.т.н., А.А. Ярпта, преподаватель-стажер, ХНАДУ

Аннотация. Рассмотрены наиболее широко используемые приводы выключения сцепления автомобиля и проанализированы их достоинства и недостатки.

Ключевые слова: сцепление, привод выключения, механический привод, ПГУ.

АНАЛІЗ КОНСТРУКЦІЙ ВИКОНАВЧИХ МЕХАНІЗМІВ КЕРУВАННЯ

В.О. Богомолов, професор, д.т.н., В.І. Клименко, профессор, к.т.н.,

М.Г. Михалевич, к.т.н., 0.0. Ярита, викладач-стажист, ХНАДУ

Анотація. Розглянуто приводи вимкнення зчеплення автомобіля, що найбільш широко використовуються, та проаналізовано їх переваги й недоліки.

Ключові слова: зчеплення, привод вимикання, механічний привод, ПГУ.

ANALYSIS OF ACTUATORS CONSTRUCTIONS FOR VEHICLE CLUTCH

V. Bogomolov, Professor, Doctor of Technical Science, V. Klimenko, Professor, Candidate of Technical Science, N. Mykhalevych, Candidate of Technical Science,

A. Yarita, assistant, KhNAHU

Abstract: The most widely applied actuators of vehicle declutching are considered, and advantages and disadvantages of their operation are analyzed.

Key words: clutching, declutching actuators, hydraulic drive, power drive.

На нынешнем этапе развития автомобильной промышленности, наряду с надежностью работы узлов и агрегатов автомобиля, стоит вопрос обеспечения комфортной работы водителя. Один из путей решения этой проблемы □ использование автоматического управления агрегатами трансмиссии, в частности сцеплением. Речь идет о разработке новых приводов сцеплений с применением различных источников питания и усилителей. Анализ публикаций приведен в разделе анализ существующих конструкций.

Цель и постановка задачи

Целью данного исследования является обзор и анализ существующих приводов и механи-

змов выключения сцепления. Задачей данного обзора является определение наиболее перспективных конструкций приводов выключения сцепления.

Анализ существующих конструкций

На данный момент в автомобилестроении используется несколько вариантов приводов выключения сцепления. Рассмотрим наиболее распространенные приводы выключения сцепления, придерживаясь примерной хронологии их появления.

Механический привод сцепления с момента своего появления претерпел много изменений, но, несмотря на это, широко

используется и в настоящее время. Данный привод реализуется преимущественно при помощи троса или системы тяг. В связи с небольшим реализуемым усилием, тросовый привод применяется чаще на легковых автомобилях. В современной реализации механического привода в конструкцию включен механизм автоматической регулировки длины троса. Такой привод сцепления применяется на автомобилях ВАЗ, а именно в моделях «Приора □ и «Калина □ [1]. Механизм автоматически увеличивает длину троса, тем самым поддерживая постоянный ход педали независимо от состояния фрикционных накладок ведомого диска.

Преимуществами такой конструкции является простота компоновки и низкая стоимость. К недостаткам следует отнести ненадежную работу и низкий КПД. С началом применения в тросовом приводе сцепления антифрикционной трубки удалось исключить один из недостатков □ большие потери на трение.

Принципиальная схема механического тросового привода сцепления представлена на рис. 1.

Рис. 1. Схема механического тросового привода сцепления: 1 □ педаль; 2 □ механизм автоматической регулировки длины троса; 3 Орос; 4 □ вилка выключения сцепления; 5 □ сцепление

Недостатком механических приводов является сложность передачи усилия на большое расстояние.

Следующим шагом стал гидравлический привод [2]. В данной конструкции усилие от управляющей педали к механизму сцепления передается жидкостью, заключенной в гидроцилиндрах привода и соединяющих трубопроводах. Гидравлический привод обладает высоким КПД, допускает свободное расположение

педали привода по отношению к механизму сцепления, прост в обслуживании и обеспечивает плавное включение сцепления, что снижает динамические нагрузки в трансмиссии и повышает комфортность езды на автомобиле. Трубопроводы гидравлического привода легко размещаются на кузове автомобиля, имеется возможность передачи усилия на большое расстояние.

Однако гидроприводу присущи и недостатки: необходимость удаления воздуха из трубопроводов и рабочих цилиндров, большая масса и сложная конструкция деталей привода.

Принципиальная схема гидравлического привода сцепления представлена на рис. 2.

Рис. 2. Схема гидравлического привода сцепления: 1 □ педаль; 2 □ главный цилиндр сцепления; 3 □ трубопровод; 4 □ рабочий цилиндр сцепления; 5 □ вилка выключения сцепления; 6 □ сцепление

В связи с тем, что на грузовых автомобилях необходимо реализовать большое усилие для выключения сцепления, широкое распространение получили пневмогидравлические усилители (ПГУ) (рис. 3).

При нажатии на педаль сцепления давление жидкости из главного цилиндра передается под гидравлический поршень усилителя и следящий поршень. Последний перемещается и действует на клапаны управления, закрывая выпускной и открывая впускной. При этом сжатый воздух из системы начинает поступать в полость пневмопоршня. В результате суммарное усилие от давления воздуха и педали возрастает и через шток передается на вилку выключения сцепления. При отпускании педали давление в гидроприводе

исчезает и поршни под воздействием пружин отходят в исходное положение, а воздух из усилителя выходит в атмосферу.

которые открывают доступ воздуха. Далее работа усилителя идентична ПГУ.

Рис. 3. Схема гидравлического привода сцепления, с ПГУ: 1 □ педаль; 2 □ главный цилиндр сцепления с бачком; 3 □ трубопровод; 4 □ ПГУ; 5 □ подвод сжатого воздуха; 6 □ вилка выключения сцепления; 7 □ сцепление

Отдельного внимания достоин привод выключения сцепления автомобиля 8саша 4-й серии. Это так называемый гидравлический выжим. ПГУ совмещен с главным цилиндром под педалью в кабине, а рабочий цилиндр, в который поступает только жидкость, выполнен в виде единого блока с выжимным подшипником. Он расположен в картере сцепления на одной оси со ступицей ведомого диска и диафрагменной пружиной. Но система оказалась недостаточно практичной, и на более новых моделях 8саша вновь стала использоваться обычная схема с вилкой сцепления и выносным цилиндром.

К достоинствам данной конструкции следует отнести возможность выключения сцепления механическим путем при поломке усилителя. В качестве недостатка отмечают необходимость наличия на автомобиле дополнительного источника энергии □ сжатого воздуха.

Развитием пневмогидравлического привода выключения сцепления на современных грузовых автомобилях стал электропневматиче-ский привод [3] (рис. 4). Роль управляющей гидравлики выполняет электронный блок управления.

При нажатии на педаль сцепления электрический сигнал подается на электроклапана,

Рис. 4. Принципиальная схема электропнев-матического привода сцепления, разработанная фирмой ККОКЯ-ВКЕМ8Е: 1 □ подача электрического сигнала; 2 □

подвод сжатого воздуха; 3 □ воздействие на вилку выключения сцепления; 4 □ отвод воздуха в атмосферу

Преимущество данной конструкции перед всеми описанными выше □ отсутствие трубопроводов и большого количества механических связей. Недостатками электропневма-тического привода, как и ПГУ, является возможность их применения только на автомобилях с пневмосистемой и высокая стоимость. Также надежность системы уменьшает наличие двух источников энергии.

Фирма ЯепаиЬ предложила свой вариант автоматизации гидравлического привода сцепления (рис. 5).

Рис. 5. Схема автоматизации гидравлического привода сцепления фирмы Яепаик: 1 □ бачок; 2 □ предохранительный клапан; 3 □ фильтр; 4 □ гидронасос; 5 □ обратный клапан; 6 □ гидроаккумулятор; 7 □ распределитель; 8 □гидроцилиндр

При нажатии водителем на педаль сцепления насосный агрегат подает жидкость под давлением к исполнительному гидроцилиндру, что приводит к перемещению вилки выклю-

чения сцепления; поршень гидроцилиндра механически связан с потенциометром, информирующим компьютер о положении сцепления. Также насос подает жидкость под давлением в гидроаккумулятор. Предохранительный клапан, встроенный в напорную магистраль, защищает гидросистему от чрезмерного повышения давления. Давление

жидкости, которое имеется в гидроаккумуляторе, обеспечивает постоянную готовность системы к работе, оно рассчитано на четырехкратное переключение передач.

К достоинствам данной конструкции относят следующие:

□ легкий старт на уклоне;

□ автоматическая пробуксовка сцепления при чрезмерной для данной передачи частоте вращения коленчатого вала;

□ автоматическая блокировка системы зажигания при попытке запустить двигатель при включенной передаче;

□ отсутствие проблем с буксировкой автомобиля (чего нельзя сказать о автомобиле, оснащенном автоматической коробкой передач).

Основным недостатком является сложная компоновка привода и привлечение дополнительных агрегатов.

Одним из перспективных направлений является применение в автомобильном сцеплении электромеханического привода. Фирма Valeo предложила конструкцию с использованием мотор-редуктора с реечным механизмом. Преимуществами конструкции является компактность, малое количество деталей и наличие одного источника энергии.

Альтернативный вариант исполнения электромеханического привода сцепления предложен Курским техническим университетом [4] (рис. б).

Основное отличие данной конструкции от предыдущей □ усилие от мотора на вилку выключения сцепления передается тросом, соответственно существует возможность расположения мотор-редуктора на некотором расстоянии от сцепления.

Рис. б. Экспериментальная схема электромеханического привода сцепления: 1 □ мотор-редуктор; 2 □ датчик углового перемещения; 3 □ трос; 4 □ вилка выключения сцепления; 5 □ сцепление; б □ коленчатый вал

В результате проведенного обзора определено, что электромеханический привод выключения сцепления является наиболее перспективным. При его использовании достигается компактность конструкции, исключается большое количество деталей привода, и при этом не требуется дополнительный источник питания.

1. Автомобили Lada Kalina. Эксплуатация,

обслуживавние, ремонт. Иллюстрированное практическое А18 пособие. □ М. : ООО «Мир Автокниг С] 2008. □ 232 с.

2. Михайловский Е.М. Устройство автомо-

биля/ Е.М. Михайловский, К.Б. Серебряков, Е.Я. Тур. □ М. : Машиностроение.

3. Концерн Knorr-Bremse AG. // Официальный

сайт. □ 2011 г. □ Режим доступа к сайту: http://www.knorr-bremsecvs.com/ru/index.jsp

4. Емельянов И.П. Исследование динамики

управляемого электромеханического привода сцепления автомобиля: диссП

канд. техн. наук: 01.02.06 / Емельянов Иван Павлович, 2007. П120 с.

Рецензент: В.П. Волков, профессор, д.т.н., ХНАДУ.

Статья поступила в редакцию 20 июня 2011 г.

Сцепление: устройство, принцип работы

Сцепление представляет собой специальный механизм в составе трансмиссии автомобиля или трактора, предназначенный для передачи крутящего момента в соединении маховика двигателя с первичным трансмиссионным валом и гашения крутильных колебаний. Сцепление в нужное время разобщает двигатель и коробку передач, чтобы обеспечить плавное трогание с места и плавный переход с одной шестерни КПП на другую в ходе переключения передач. Механизм сцепления имеется в любой двигающейся технике, только на гусеничных тракторах и бронетехнике используется аналогичный термин «фрикцион».

Для простого описания необходимости использования сцепления можно сопоставить работу двигателя с понятием «движение транспорта». Если бы маховик мотора был непосредственно соединён с ведущим мостом транспортного средства, то при запуске двигателя автомобиль или трактор должен сразу же ехать. Так же, и для остановки машины необходимо будет заглушить мотор. И все эти действия будут проходить сразу, резко. А сцепление позволяет варьировать процесс получения энергии движения от двигателя, избавляя транспортное средство от резких рывков.

Механизмы сцепления в «молодые годы» мирового машиностроения

Изобретение механизма сцепления приписывается Карлу Бенцу. Так это или не так, достоверно установить невозможно: производством и совершенствованием первых автомобилей в XIX веке одновременно занималось сразу несколько компаний, и все они шли по своему развитию, что называется, «ноздря в ноздрю».
Старейшим видом сцепления, широко распространённого на большинстве автомобилей конца XIX – начала XX века, было сцепление конического типа. Его фрикционные поверхности имели коническую форму. Такое сцепление передавало бо́льший крутящий момент, при тех же габаритах, по сравнению с нынешним однодисковым, было предельно простым по своему устройству и в уходе за ним.

Комфортабельный «Мерседес Бенц НР-50» – автомобиль с конической фрикционной муфтой.

Однако тяжёлый конический диск такого типа сцепления обладал большой инерцией, и при переключении передач после выжима педали ещё продолжал вращаться на холостом ходу, из-за чего включение передачи было затруднённой операцией. Для торможения диска сцепления применили специальный агрегат – тормоз сцепления, однако его использование было лишь половиной решения проблемы, как и замена одного конуса двумя менее массивными. В итоге, уже в 1920-х годах от такой тяжёлой и громоздкой (к кому же требующей значительных мускульных усилий в использовании) конструкции, как коническое сцепление, полностью отказались. Также существовало сцепление с обратным конусом, работавшее на разжимание.

Однако сам принцип данного механизма нашёл новое воплощение в конструкции современных коробок переключения передач с синхронизаторами. Синхронизаторы коробки передач, по сути, и представляют собою маленькие конические сцепления, которые работают за счёт трения бронзы (или другого металла с высоким коэффициентом трения) по стали.

Устройство сцепления

Было изобретено несколько видов механизма сцепления. Однако стали основными и получили самое широкое распространение механизмы, основанные на использовании одного или нескольких фрикционных дисков, которые плотно сжаты пружинами друг с другом, или с маховиком. Фрикционный материал этих дисков схож с тем, что используется на тормозных колодках.

Ведомый диск сцепления оборудован пружинными пластинами, к которым прикреплены две фрикционные накладки. Центральная часть ведомого диска – ступица – снабжена шлицевым соединением и может перемещаться по первичному валу коробки переключения передач. С основной частью диска ступица соединена подвижным образом, посредством демпферных пружин и фрикционных шайб гасителя крутильных колебаний.

Все составные части механизма сцепления расположены в картере, который при помощи болтов крепится к силовому агрегату. Все детали сцепления являются закрытыми кожухом (корзина сцепления), приворачиваемым к маховику болтами; оси выжимных рычагов через проушины крепятся к кожуху.

Принцип функционирования механизма сцепления

В своём обычном рабочем положении нажимной и ведомый диски являются плотно прижатыми друг к другу с помощью мощных пружин, посредством рычагов и выжимного подшипника. Под воздействием силы трения между данными дисками, на первичный вал коробки переключения передач от маховика мотора постоянно передаётся крутящий момент. Если отвести нажимной диск от ведомого, то произойдёт прерывание крутящего момента от мотора и прекращение вращения ведомого диска с валом.

Рассоединение дисков производится при помощи вилки сцепления, которая своим строением напоминает обычные качели. Данная вилка приводится в действие посредством цепочки рычагов и тяг педалью сцепления в кабине автомобиля или трактора.

Выжимание педали сцепления производит разведение дисков сцепления, в результате чего между ними остаётся свободное пространство. Наоборот, отпускание педали и выключение сцепления приводит к плотному сжатию ведущего и ведомого дисков механизма. Усилие от нажатия на педаль сцепления передаётся на устройство механически (посредством рычажного или тросового механизма), либо гидравлическим приводом.

Ведомый диск в постоянном режиме зафиксирован вместе с маховиком с помощью диска нажимного. Для того, чтобы транспортное средство тронулось, ведомый диск должен соприкоснуться с вращающимся маховиком. Водитель нажимает на педаль сцепления, и это позволяет ему включить первую передачу. Когда педаль он отпускает, пружины нажимного диска снова соединяют ведомый диск с маховиком. Скорости вращения диска и маховика постепенно выравнивается, благодаря чему и достигается плавное и правильное движение транспортного средства.

В полной мере крутящий момент начинает передаваться тогда, когда достигается полное выравнивание скоростей вращения ведомого диска, диска сцепления и маховика. Если при трогании с места перестать выжимать педаль сцепления слишком резко, «бросить» её, то машина ли трактор может заглохнуть. При «бросании» педали ведомый диск с силой прижимается к диску ведущему (к маховику) и затормаживает его до такой степени, что мотор может остановиться (заглохнуть). То есть, в этом случае сцепление работает подобно тормозному механизму. Поэтому педаль сцепления после момента начала зацепления дисков нужно отпускать плавно.

При переключении любой другой передачи, кроме первой, нужно также добиваться неизменно плавного хода педали. Это позволит продлить срок эксплуатации механизма сцепления и всей трансмиссии в целом.

Виды механизмов сцепления

Механизмы сцепления можно классифицировать:

  • по способу управления – сцепление с механическим, гидравлическим, электрическим или комбинированным приводом (например, гидромеханическим);
  • по виду трения – сухое (когда фрикционные накладки работают в воздушной среде) или мокрое (сцепление, работающее в масляной ванне);
  • по режиму включения – постоянно замкнутые и непостоянно замкнутые;
  • по числу ведомых дисков – одно-, двух-, или многодисковые;
  • по типу и расположению нажимных пружин – с расположением нескольких цилиндрических пружин по периферии нажимного диска и с центральной диафрагменной пружиной;
  • по числу потоков передач крутящего момента – одно-, или двухпоточные.


Механический вариант является наиболее простым по конструкции и принципу действия. В случае его использования, водитель или механизатор, нажимая на педаль, посредством тяг и тросов передаёт усилие непосредственно на вилку сцепления. В гидравлическом варианте сцепления задействуется также поршень с гидравлической жидкостью. Как правило, данный вариант применяется на большегрузном автотранспорте, чтобы облегчить работу водителя.

При использовании гидравлического привода сцепления величина полного хода педали остаётся постоянной (это обеспечивается наличием у педали сцепления возвратной пружины). Однако величина её рабочего хода меняется, компенсируя уменьшение толщины ведомого диска в результате износа: чем меньше становится толщина диска, тем, при том же полном ходе педали сцепления, бо́льшим оказывается её рабочий ход, и тем «выше» (ближе к концу обратного хода педали при её отпускании) срабатывает сцепление.

У педали сцепления с механическим тросовым приводом полный ход прибавляется по мере износа ведомого диска (педаль сцепления приподнимается вверх относительно уровня пола), вместе с этим увеличивается и её рабочий ход. Свободный ход педали устанавливается регулировкой длины троса. Он составляет в нормальном положении порядка 30…40 мм.

По своей конструкции, сцепление бывает электромагнитного, фрикционного или гидравлического типа.
Фрикционный вариант сцепления обеспечивает передачу вращающего момента при помощи силы трения. Сцепление электромагнитного вида контролируется посредством магнитного поля. В гидравлическом варианте сцепления связь обеспечивается под воздействием потока гидравлической жидкости.

Сцепление является электромагнитным, если сжатие ведущих и ведомых элементов механизма производится посредством электромагнитных сил. Электромагнитное сцепление постоянно находится в разомкнутом состоянии.
Этот редкий вид сцепления устанавливался на некоторых модификациях машин с ручным управлением. Между ведущим и ведомым дисками находился ферромагнитный порошок, не мешающий раздельному вращению валов. Но после подачи электрического тока в обмотку электромагнита порошок «затвердевал» и передавал крутящий момент.

Для высоких нагрузок, таких как грузовые и спортивные автомобили, применяется также керамическое сцепление с высоким коэффициентом трения, однако оно «схватывает» резко, поэтому непригодно для использования в стандартных автомобилях.

Наиболее распространённый тип – фрикционный. В зависимости от количества используемых дисков, оно может быть однодисковым, двухдисковым или многодисковым.

Сухой и мокрый типы сцепления

Кроме того, сцепление может быть мокрым либо сухим. В сухом типе сцепления производится работа дисков в условиях сухого трения. Мокрое сцепление предусматривает эксплуатацию дисков в жидкости. Самым распространённым в современных транспортных средствах является сухое однодисковое сцепление.

Мокрый тип сцепления (работающее в масляной ванне) в наше время применяется, главным образом, на мотоциклах с поперечным расположением двигателя. Поскольку мотоциклетные силовые агрегаты имеют общий масляный картер и для мотора, и для коробки переключения передач. Детали сцепления в них являются совмещёнными с моторной передачей и системой запуска двигателя, и смазываются они общим моторным маслом. На автомобилях же сцепления в масляной ванне практически вышли из употребления.

Двух- и многодисковые сцепления

Двухдисковым или многодисковым сцеплением оснащаются транспортные средства с очень мощными моторами. При тех же размерах такие варианты сцепления осуществляют передачу существенно бо́льшего крутящего момента, обеспечивают значительно бо́льший ресурс всей конструкции. Между ведомыми дисками располагается проставка. В результате получается больше поверхностей трения. Двухдисковые механизмы устанавливаются для повышения срока службы сцепления, в связи с большой мощностью двигателей и необходимостью передавать увеличенные крутящие моменты.

Трёхдисковое сцепление для Nissan Skyline GT.

Принцип работы таков. Выжимной подшипник нажимает на выжимные рычаги, и они оттягивают нажимной диск. Нажимной диск отходит от первого ведомого и отпускает отжимные пружины. Они отпускают промежуточный ведущий диск, а он отходит за счёт других отжимных пружин от второго фрикционного, настолько же, насколько нажимной отошёл от первого фрикционного. При обратном движении отжимные пружины способствуют равномерному прижатию промежуточного диска ко второму ведомому и нажимного — к первому ведомому.
Нажимные диски перемещаются по шпилькам, которые ввёрнуты в маховик, и к ним же прикреплена корзина сцепления. На шпильки надеты отжимные пружины.

Сцепление с пневматическим усилителем

На тяжёлых грузовых автомобилях большой грузоподъёмности, к примеру, на МАЗах, устанавливается привод сцепления с пневматическим усилителем. Пневмоусиление предназначено для уменьшения мускульного усилия, прилагаемого на педаль сцепления.

Устройство таково: педаль, тяга, золотник (он же клапан управления), шланги, пневматическая камера, рычаги, тормозок, первичный вал с барабаном тормозка. Принцип действия: при отпущенной педали впускной клапан золотника закрыт, а выпускной открыт. При нажатии на педаль усилие через тягу и золотник передаётся на вилку выключения сцепления. В это же время в золотнике открывается впускной клапан и закрывается выпускной – корпус золотника надвигается на выпускной клапан, выпускной клапан прижимается к впускному и закрывается, а впускной этим движением открывается. Воздух через впускной клапан поступает в пневматическую камеру, которая за счёт давления воздуха помогает нажимать вилку выключения сцепления.

Распространённые неисправности сцепления и их признаки

  • Неполное включение сцепления (с «пробуксовками») – последствие замасливания либо износа фрикционных накладок ведомого диска, поломок пружин, неправильной амплитуды хода педали (её малого свободного хода). Чтобы устранить данную неисправность, требуется заменить ведомый диск, устранить задиры на дисках, осмотреть привод на предмет неисправностей.Когда имеет место «пробуксовка», то при отпущенной полностью педали сцепления диски проскальзывают один относительно другого. От длительной пробуксовки диски начинают значительно нагреваться, стальной ведомый диск при этом может покоробиться, а чугунный маховик и нажимной (или нажимные) диски могут покрыться трещинами. Фрикционные накладки в ускоренном режиме изнашиваются и обгорают, и этот горелый запах достигает кабины. Если не ремонтировать, то процесс постепенно прогрессирует, сперва на высоких, потом на низких скоростях. Вплоть до того, что невозможно становится даже тронуться с места на первой передаче.
  • Неполное выключение сцепления (когда сцепление «ведёт») – последствие большого свободного хода сцепления, поломок пружин, покоробившегося ведомого диска или неправильно установленного диска нажимного. Также это возможно при деформации выжимных рычагов; или выжимной подшипник заедает, не передвигается вместе с нажимной муфтой. Возможно, ведомый диск сцепления не передвигается по шлицам (загустела или загрязнилась консистентная смазка). Для устранения этой неисправности необходимо удаление воздуха из гидропривода, регулировка свободного хода педали, замена неработоспособных дисков и пружин.Неполное выключение проявляется хрустящими звуками шестерён при переключении передач и, соответственно, ведёт к ускоренному износу деталей коробки передач.

  • Рывки при включении сцепления. Когда автомобиль, несмотря на плавный отпуск педали сцепления, трогается «рывками», то это свидетельствует о разрушении фрикционных накладок, короблении ведомого диска, либо о поломке демпферных пружин, либо об износе фрикционных шайб. Также возможно заедание ведомого диска при передвижении по шлицам первичного вала коробки передач, а также заедание нажимной муфты или разрушение выжимного подшипника.
  • Неисправности системы гидропривода. При попадании воздуха в гидравлический привод выключения сцепления возможно «проваливание» педали, и как следствие — неполное выключение сцепления. В этом случае, необходимо удалить пузырьки воздуха с частью жидкости (прокачать сцепление), и долить свежей.
    Когда в механизмах с тросовым приводом сцепление вообще не выключается, то, возможно, произошёл обрыв троса. Когда педаль сцепления не возвращается в первоначальное положение – произошло отсоединение возвратной пружины. Если при выключении сцепления раздаётся сильный шум, создаваемый выжимным подшипником, то это свидетельствует о его износе.

Итак, механизм сцепления играет огромную роль в функционировании любого автомобиля или трактора. От его исправности и работоспособности во многом зависит техническое состояние всего транспортного средства. Поэтому, для обеспечения долгой и надёжной работы всех элементов механизма сцепления важно пользоваться им плавно, и без необходимости не практиковать излишне долгих нажатий на педаль. При таких щадящих условиях работы сцепление прослужит долго.

Читайте также:  Лучший автомобиль по версии журнала Playboy
Ссылка на основную публикацию