Фрикционное однодисковое сцепление автомобиля
Устройство автомобилей
Ступенчатые трансмиссии
Однодисковые сцепления
Однодисковые сцепления получили наибольшее применение вследствие простоты конструкции, незначительного момента инерции ведомых деталей, лучшего теплоотвода и полноты выключения.
Конструкцию однодисковых сцеплений и особенности их работы рассмотрим на примере сухого однодискового сцепления автомобилей марки «ВАЗ» и «ЗИЛ».
Сцепление легкового автомобиля
Устройство однодискового сцепления легкового автомобиля ВАЗ-2110 представлено на рис. 1. Конструктивно оно представляет собой постоянно замкнутое, сухое сцепление с мембранной центральной нажимной пружиной и механическим приводом.
Стальной штампованный кожух сцепления 3 крепится к маховику 6 шестью болтами 4, а с нажимным диском 5 соединяется тремя парами упругих стальных пластин 18, которые обеспечивают перемещение нажимного диска в осевом направлении и передают крутящий момент с кожуха на нажимной диск.
Кожух центрируется относительно маховика с помощью штифтов.
На кожухе с внутренней стороны устанавливаются кольца 19, являющиеся опорами для мембранной пружины. На нажимном диске выполнен кольцевой выступ, на который нажимная пружина опирается своим наружным краем.
Нажимная пружина 11 выполняется методом штамповки из листовой стали и в свободном состоянии имеет форму усеченного конуса. Внутренняя часть нажимной пружины имеет радиальные прорези, которые образуют лепестки, работающие как рычаги. Давление пружины создается ее участком между опорными кольцами и наружным краем пружины.
Ведущие детали сцепления проходят статическую балансировку путем высверливания металла на нажимном диске.
Ведомый диск 7 сцепления состоит из диска с фрикционными накладками 16 и гасителя крутильных колебаний. Диск стальной, с радиальными прорезями, делящими его на сектора, отогнутые поочередно в разные стороны, что придает волнообразную форму его рабочей поверхности.
К секторам ведомого диска независимо одна от другой приклепаны фрикционные накладки 16. Головки заклепок утопают в отверстиях накладок, а их стержни расклепаны на поверхности ведомого диска. Для этого в противоположной фрикционной накладке выполнены отверстия бόльшего диаметра.
Такое крепление накладок способствует повышению плавности включения сцепления.
Ведомый диск соединяется со ступицей 15 с помощью гасителя крутильных колебаний, позволяющего смещаться ступице относительно диска в тангенциальном направлении (по касательной) за счет деформации пружин 17 гасителя.
Поглощение энергии колебаний происходит при совершении работы трения фрикционных элементов, расположенных между ведомым диском и диском, к которому приклепана ступица. Усилие, сжимающие эти диски, установлено при сборке на заводе-изготовителе.
Окна в ступице делаются одинаковыми, а в ведомом диске часть окон имеет бόльшую длину, поэтому не все пружины начинают деформироваться одновременно. Это позволяет расширить диапазон колебаний, при которых гаситель начинает эффективно работать.
Сцепление грузового автомобиля
На автомобилях марки «ЗИЛ» применяется сухое однодисковое сцепление с периферийным расположением нажимных пружин, гасителем крутильных колебаний и механическим приводом (рис. 2).
Общее устройство такого сцепление во многом похоже на устройство рассмотренного выше сцепления легкового автомобиля, но здесь в качестве нажимного устройства вместо центральной мембранной пружины применяются периферийно расположенные цилиндрические витые пружины.
Чугунный нажимной диск 2 расположен в стальном штампованном кожухе 12, прикрепленном восемью центрирующими болтами 21 к маховику 1 двигателя.
Диск соединяется с кожухом четырьмя упругими пластинами 14, концы которых заклепками крепятся к кожуху и болтами с втулками – к нажимному диску. Через эти пластины усилие передается от кожуха сцепления на нажимной диск, в то же время, благодаря упругой деформации пластин, диск может перемещаться в осевом направлении.
Между кожухом и диском установлено шестнадцать нажимных пружин 13. Пружины центрируются на нажимном диске с помощью специальных выступов и опираются на него через теплоизолирующие шайбы 15.
Между маховиком и нажимным диском расположен ведомый диск 3, установленный на шлицах первичного вала 4 коробки передач. К стальному диску заклепками приклепывают фрикционные накладки, которые увеличивают коэффициент трения, а радиальные прорези в диске предотвращают его коробление при нагревании, а также служат своеобразными каналами для отвода теплоты от диска.
Диск балансируется с помощью балансировочных пластин.
Гаситель крутильных колебаний устроен следующим образом.
Ведомый диск 3, кольцо 33 гасителя и стальные фрикционные пластины 31 соединены друг с другом заклепками. К ступице 30 приклепаны два диска 29 гасителя и маслоотражатель 32.
Упругой муфтой гасителя является восемь равномерно расположенных по окружности пружин 28. Каждая пружина вместе с опорными пластинами 27 размещена в прямоугольных вырезах ведомого диска 3 и дисков 29 гасителя. Опорные пластины имеют четыре боковых выступа, удерживающих их в вырезах ведомого диска.
Фрикционным элементом являются поверхности трения фрикционных пластин 31 и внутренние поверхности дисков 29 гасителя.
При сжимании пружин гасителя возможно поворачивание ступицы относительно ведомого диска, при этом преодолеваются силы упругости пружин и силы трения в фрикционном элементе (рис. 3). Максимальный угол закручивания определяется полным сжатием пружин до соприкосновения витков.
Четыре рычага 5 выключения сцепления (рис. 2) соединены с помощью осей 18 и игольчатых подшипников 20 с нажимным диском 2 и вилками 6. Вилки присоединены к кожуху регулировочными гайками 16, имеющими сферическую опорную поверхность.
Гайки прижимаются к кожуху стопорными пластинами 17, каждая из которых закреплена на кожухе двумя болтами. Благодаря сферической поверхности гаек вилки могут покачиваться относительно кожуха, что необходимо при повороте рычагов выключения (при выключении и включении сцепления). Этими же гайками регулируется положение рычагов при сборке сцепления.
Фрикционные однодисковые сцепления.
Фрикционным сцеплением называется дисковая муфта, в которой крутящий момент передается за счет силы сухого трения. Широкое распространение на современных автомобилях получили однодисковые сухие сцепления. Однодисковым сцеплением называется фрикционная муфта, в которой для передачи крутящего момента применяется один ведомый диск.
Однодисковое сцепление (рис. 4.10, а) состоит из ведущих и ведомых деталей, а также деталей включения и выключения сцепления.
Рис. 4.10. Схемы работы однодискового фрикционного сцепления: а — включено; б — выключено; 1 — кожух; 2 — нажимной диск; 3 — маховик; 4 —ведомый диск; 5 — пластина; 6 — пружина; 7 — подшипник; 8 — педаль; 9 —вал;
10 — тяга; 11 — вилка; 12 — рычаг
Однодисковое сцепление (рис. 4.10, а) состоит из ведущих и ведомых деталей, а также деталей включения и выключения сцепления. Ведущими деталями являются маховик 3 двигателя, кожух 7 и нажимной диск 2, ведомыми — ведомый диск 4, деталями включения — пружины 6, деталями выключения — рычаги 12 и муфта с подшипником 7. Кожух 1 прикреплен болтами к маховику. Нажимной диск 2 соединен с кожухом упругими пластинами 5. Это обеспечивает передачу крутящего момента от кожуха на нажимной диск и перемещение нажимного диска в осевом направлении при включении и выключении сцепления. Ведомый диск 4 установлен на шлицах первичного
Приводы фрикционных сцеплений. Сцепление имеет привод, в который входят педаль 8, тяга 10, вилка 11 и муфта с выжимным подшипником 7. При отпущенной педали 8 сцепление включено, так как ведомый диск 4 прижат к маховику 3 нажимным диском 2 усилием пружин 6. Сцепление передает крутящий момент от ведущих деталей к ведомым через поверхности трения ведомого диска с маховиком и нажимным диском.
При нажатии на педаль 8 (рис. 4.10, б) сцепление выключается, так как муфта с выжимным подшипником 7 перемещается к маховику, поворачивает рычаги 12, которые отодвигают нажимной диск 2 от ведомого диска 4. В этом случае ведущие и ведомые детали сцепления разъединены, и сцепление не передает крутящий момент.
Однодисковые сцепления просты по конструкции, дешевы в изготовлении, надежны в работе, обеспечивают хороший отвод теплоты от трущихся поверхностей, чистоту выключения и плавность включения. Они удобны в обслуживании при эксплуатации и ремонте. В однодисковых сцеплениях сжатие ведущих и ведомых деталей может производиться несколькими цилиндрическими пружинами, равномерно расположенными по периферии нажимного диска. Оно также может осуществляться одной диафрагменной пружиной или конусной пружиной, установленной в центре нажимного диска. Сцепление с одной центральной пружиной проще по конструкции и надежнее в эксплуатации. При центральной диафрагменной пружине сцепление имеет меньшую массу и габаритные размеры, а также меньшее количество деталей, так как пружина
Приводы фрикционных сцеплений могут быть механическими, гидравлическими и электромагнитными. Наибольшее применение на автомобилях получили механические и гидравлические приводы.
Механические приводы просты по конструкции и надежны в работе. Однако они имеют меньший КПД, чем гидравлические приводы сцеплений. Гидравлические приводы, имея больший КПД, обеспечивают более плавное включение сцепления и уменьшают усилие, необходимое для выключения сцепления. Но гидравлические приводы сложнее. Для облегчения управления сцеплением в приводах часто применяют механические усилители (в виде сервопружин), пневматические и вакуумные. Так, сервопружины уменьшают максимальное усилие выключения сцепления на 20. 40 %.
Однодисковые сцепления с периферийными пружинами. Сцепления такого типа получили широкое применение на легковых и грузовых автомобилях, а также на автобусах. На рис. 4.11 представлено сцепление грузовых автомобилей ЗИЛ. Сцепление — постоянно замкнутое, фрикционное, сухое, однодисковое, с периферийными пружинами и механическим приводом.
Привод сцепления — механический. В привод входят педаль 16 с валом 19, рычаги 18 и 21, регулировочная тяга 20 и вилка 12 выключения сцепления. При нажатии на педаль поворачивается вал 19 и через рычаги и тягу действует на вилку 12, а она — на муфту выключения 11 с выжимным подшипником 9. Муфта с подшипником перемещается и нажимает на внутренние концы рычагов 5, которые отводят своими наружными концами нажимной диск от ведомого. При этом нажимные пружины 14 сжимаются. В этом положении сцепление выключено, и крутящий момент от двигателя к трансмиссии не передается.
Рис. 4.11. Сцепление (а), детали (б) и привод (в) сцепления грузовых автомобилей ЗИЛ: 1 — маховик; 2 — нажимной диск; 3 — ведомый диск; 4, 19 — валы; 5, 18, 21 — рычаги; 6, 12— вилки; 7— картер; 8,9— подшипники; 10, 14, 17, 28— пружины; 11 — муфта; 13— кожух; 15— пластинчатая пружина; 16— педаль; 20— тяга; 22 — гайка; 23, 27 — диски; 24 — ступица; 25 — пластина;
После отпускания педали муфта выключения с подшипником возвращаются в исходное положение под действием соответственно пружин 10 и 17. При этом под действием нажимных пружин 14 нажимной диск прижимается к маховику. Теперь сцепление включено, и крутящий момент передается от двигателя к трансмиссии.
Однодисковые сцепления с центральной диафрагменной пружиной. Такие сцепления получили широкое применение на легковых автомобилях.
Сцепления имеют простую конструкцию, небольшие габаритные размеры и массу. Для их выключения требуется небольшое усилие, так как усилие, создаваемое диафрагменной пружиной, при выключении уменьшается. Однако величина прижимного усилия диафрагменной пружины ограничена.
На рис. 4.12 показано сцепление легковых автомобилей ВАЗ повышенной проходимости. Сцепление — однодисковое, сухое, с центральной диафрагменной пружиной и гидравлическим приводом. Сцепление имеет один ведомый диск, а ведущие и ведомые его части прижимаются друг к другу центральной пружиной.
Крутящий момент от двигателя сцепление передает за счет сил сухого трения. Усилие от педали к вилке выключения сцепления передается через жидкость.
Сцепление имеет гидравлический привод. Гидравлический привод сцепления (рис. 4.13) состоит из подвесной педали 4 с пружиной 2, главного цилиндра 6 и его бачка, рабочего цилиндра 18, соединительных трубопроводов со штуцерами 10, 21 и вилки 13 выключения сцепления с пружиной 16. Педаль и главный цилиндр прикреплены к кронштейну педалей сцепления и тормоза, соединенному с передним щитом кузова, а рабочий цилиндр установлен на картере сцепления. При выключении сцепления усилие от педали 4 через толкатель 5 главного цилиндра передается на поршни 7 и 8 с пружиной 9, которые вытесняют жидкость в трубопровод и рабочий цилиндр.
 |  |
| Рис. 4.12. Сцепление легковых автомобилей ВАЗ: а — общий вид; б — схема; 1— диафрагменная пружина; 2 — ведомый диск; 3 — фрикционная накладка; 4 — диск; 5 — ступица; 6 — гаситель; 7 — нажимной диск; 8— маховик; 9— картер; 10— болт; 11 — вал; /2— муфта; 13— вилка; 14 — подшипник; 15 — фланец; 16 — кожух; 17 — пружина; 18 — крышка; 19 —кольцо; 20 — фиксатор |
Рис. 4.13. Гидравлический привод сцепления легковых автомобилей ВАЗ: а — педаль и главный цилиндр; б — рабочий цилиндр и вилка; 1, 2, 9, 16, 20 —пружины; 3 — ограничитель; 4 — педаль; 5— толкатель; 6, 18 — цилиндры; 7, 8, 19 — поршни; 10, 21 — штуцера; 11 — подшипник; 12 — опора; 13 —вилка;
14— шток; 15, 17 — гайки
Поршень 19 рабочего цилиндра с пружиной 20 через шток 14 поворачивает на шаровой опоре 12 вилку 13 выключения сцепления с пружиной 16, которая перемещает муфту с подшипником 11. Подшипник через упорный фланец 15 (см. рис. 4.12) перемещает внутренний край пружины 1 в сторону маховика 8. Пружина выгибается в обратную сторону, ее наружный край через фиксаторы 20 отводит нажимной диск 7 от ведомого диска 2, и сцепление выключается.
Сцепление.
Сцепление является важным конструктивным элементом трансмиссии автомобиля. Сцепление предназначено для кратковременного отсоединения двигателя от трансмиссии и плавного их соединения при переключении передач, а также предохранения элементов трансмиссии от перегрузок и гашения колебаний. Сцепление автомобиля располагается между двигателем и коробкой передач.
В зависимости от конструкции различают следующие типы сцепления:
• фрикционное сцепление;
• гидравлическое сцепление;
• электромагнитное сцепление.
Фрикционное сцепление передает крутящий момент за счет сил трения. В гидравлическом сцеплении связь обеспечивается за счет потока жидкости. Электромагнитное сцепление управляется магнитным полем.
Самым распространенным типом сцепления является фрикционное сцепление. Различает следующие виды фрикционного сцепления:
• однодисковое сцепление;
• двухдисковое сцепление;
• многодисковое сцепление.
В зависимости от состояния поверхности трения сцепление может быть сухое и мокрое. В сухом сцеплении используется сухое трение между дисками. Мокрое сцепление предполагает работы дисков в жидкости.
На современных автомобилях устанавливается в основном сухое однодисковое сцепление. Однодисковое сцепление имеет следующее устройство:
• маховик;
• картер сцепления;
• нажимной диск;
• ведомый диск;
• диафрагменная пружина;
• подшипник выключения сцепления;
• муфта выключения;
• вилка сцепления.
Схема однодискового сцепления (фото 2)
1.корпус;
2.тангенциальная пружина;
3.опорный подшипник;
4.коленчатый вал;
5.демпферная пружина;
6.ведомый диск;
7.нажимной диск;
8.маховик;
9.корзина сцепления;
10.кольцо;
11.распорный болт;
12.диафрагменная пружина;
13.выжимной подшипник;
14.направляющая;
15.первичный вал коробки передач;
16.вилка выключения сцепления;
17.рабочий цилиндр
Маховик устанавливается на коленчатом вале двигателя. Он выполняет роль ведущего диска сцепления. На современных автомобилях применяется, как правило, двухмассовый маховик. Такой маховик состоит из двух частей, соединенных пружинами. Одна часть соединена с коленчатым валом, другая — с ведомым диском. Конструкция двухмассового маховика обеспечивает сглаживание рывков и вибраций коленчатого вала. В картере сцепления размещаются конструктивные элементы сцепления. Картер сцепления крепиться болтами к двигателю.
Нажимной диск прижимает ведомый диск к маховику и при необходимости освобождает его от давления. Нажимной диск соединен с корпусом (кожухом) с помощью тангенциальных пластинчатых пружин. Тангенциальные пружины, при выключении сцепления, выполняют роль возвратных пружин.
На нажимной диск воздействует диафрагменная пружина, обеспечивающая необходимое усилие сжатия для передачи крутящего момента. Диафрагменная пружина наружным диаметром опирается на края нажимного диска. Внутренний диаметр пружины представлен упругими металлическими лепестками, на концы которых воздействует подшипник выключения сцепления. Диафрагменная пружина закреплена в корпусе. Для закрепления используются распорные болты или опорные кольца.
Нажимной диск, диафрагменная пружина и корпус образуют единый конструктивный блок, который носит устоявшееся название корзина сцепления. Корзина сцепления имеет жесткое болтовое соединение с маховиком. По характеру работы различают два типа корзин сцепления — нажимного и вытяжного действия. В распространенной корзине сцепления нажимного действия лепестки диафрагменной пружины при выключении сцепления перемещаются к маховику. В вытяжной корзине сцепления наоборот — лепестки диафрагменной пружины перемещаются от маховика. Данный тип корзины сцепления характеризуется минимальной толщиной, поэтому применяется в стесненных условиях.
Ведомый диск располагается между маховиком и нажимным диском. Ступица ведомого диска соединяется шлицами с первичным валом коробки передач и может перемещаться по ним. Для обеспечения плавности включения сцепления в ступице ведомого диска размещены демпферные пружины, выполняющие роль гасителя крутильных колебаний.
На ведомом диске с двух сторон установлены фрикционные накладки. Накладки изготавливаются из стеклянных волокон, медной и латунной проволоки, которые запрессованы в смесь из смолы и каучука. Такой состав может кратковременно выдерживать температуру до 400°С. Накладки ведомого диска могут иметь и более высокую тепловую характеристику. На спортивных автомобилях устанавливают т.н. керамическое сцепление, накладки ведомого диска которого состоят из керамики, кевлара и углеродного волокна. Еще более прочные металлокерамические накладки, выдерживающие температуру до 600°С.
Подшипник выключения сцепления (обиходное название — выжимной подшипник) является передаточным устройством между сцеплением и приводом. Он располагается на оси вращения сцепления и непосредственно воздействует на лепестки диафрагменной пружины. Подшипник располагается на муфте выключения. Перемещение муфты с подшипником обеспечивает вилка сцепления.
Схема двухдискового сцепления (фото 3)
1.крышка корпуса
2.двухмассовый маховик
3.приводная пластина
4.ведомый диск 2 с демпферными пружинами
5.проставка
6.ведомый диск 1
7.нажимной диск
8.сенсорная пружина
9.регулировочное кольцо
10.диафрагменная пружина
На грузовых и легковых автомобилях с мощным двигателем применяется двухдисковое сцепление. Двухдисковое сцепление осуществляет передачу большего крутящего момента при неизменном размере, а также обеспечивает больший ресурс конструкции. Это достигнуто за счет применения двух ведомых дисков, между которыми установлена проставка. В результате получены четыре поверхности трения.
Принцип работы сцепления
Однодисковое сухое сцепление постоянно включено. Работу сцепления обеспечивает привод сцепления.
При нажатии на педаль сцепления привод сцепления перемещает вилку сцепления, которая воздействует на подшипник сцепления. Подшипник нажимает на лепестки диафрагменной пружины нажимного диска. Лепестки диафрагменной пружины прогибаются в сторону маховика, а наружный край пружина отходит от нажимного диска, освобождая его. При этом тангенциальные пружины отжимают нажимной диск. Передача крутящего момента от двигателя к коробке передач прекращается.
При отпускании педали сцепления диафрагменная пружина приводит нажимной диск в контакт с ведомым диском и через него в контакт с маховиком. Крутящий момент за счет сил трения передается от двигателя к коробке передач.