Богатырев А.В., Есеновский-Лашков Ю.К. и др. Автомобили

Подождите немного. Документ загружается.

с высоким КПД передавать энергию от двигателя к трансмиссии,

предохранять двигатель и трансмиссию от динамических нагру-

зок; обеспечивать плавное, регулируемое и полное соединение

двигателя и трансмиссии, их быстрое и полное разъединение; ве-

домый диск должен иметь минимальный момент инерции и высо-

кий коэффициент трения при работе его фрикционного материа-

ла по чугуну, а также высокую износостойкость. Сцепление долж-

но обладать хорошей уравновешенностью, достаточно быстро от-

водить теплоту и продукты износа, быть легко управляемым и

доступным для технического обслуживания и ремонта?/

Классификация сцеплений. Различают следующие сцепления:

по виду трения

—

сухие и работающие в масле (мокрые);

числу ведомых дисков

—-

одно-, двух- и многодисковые;

типу и расположению нажимных пружин —с расположением

пружин по периферии нажимного диска и с центральной диафрагмен-

ной пружиной;

способу управления сцеплением

—

с механическим, гидравличес-

ким или электрическим управлением; с устройством, облегчающим

усилие управления (сервоустройством), или без него;

режиму включения

—

постоянно замкнутые и непостоянно зам-

кнутые.

В сухих сцеплениях вращающий момент от двигателя передает-

ся трансмиссии за счет сухого трения, возникающего между веду-

щими и ведомыми дисками. В сцеплениях, работающих в масле,

энергия с двигателя на трансмиссию передается также силами тре-

ния при прижатии ведущих и ведомых элементов, смачиваемых

маслом. Ввиду сложности конструкции и высокой стоимости на

автомобилях их почти не применяют.

В электромагнитных сцеплениях энергия передается действием

электромагнитных сил, создаваемых между ведущими и ведомыми

элементами сцепления.

Однодисковые сцепления применяют на легковых и грузовых

автомобилях, когда передаваемый вращающий момент не выше

0,7...0,8 кН

•

м. Двухдисковые сцепления используют при передаче

большого вращающего момента и ограниченных габаритных раз-

мерах картера сцепления. Многодисковые сцепления сухие и ра-

ботающие в масле применяют в специальных механизмах (автома-

тических коробках передач, предохранительных и гидроподжим-

ных муфтах и др.).

В электромагнитных порошковых сцеплениях пространство

между ведущими и ведомыми дисками заполнено жидкой или су-

хой ферромагнитной смесью (мелкий железный порошок). На од-

ном из дисков установлена обмотка возбуждения, в которую при

включении сцепления подается ток. Железный порошок намагни-

чивается, вязкость его сильно возрастает, и вращающий момент

передается с ведущего вала на ведомый.

Преимущества электромагнитных сцеплений: возможность ав-

220

томатизации, плавность включения, отсутствие педали включения

сцепления и износа пар трения. Однако из-за сложности конст-

рукции, большой массы и высокой стоимости электромагнитные

сцепления редко устанавливают на современных автомобилях.

В постоянно замкнутых сцеплениях ведущие и ведомые эле-

менты соединены постоянно независимо от воздействия на педаль

управления сцеплением. Непостоянно замкнутые сцепления мо-

гут быть выключены на продолжительное время.

16.2. УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ СЦЕПЛЕНИЙ.

ОСНОВНЫЕ ДЕТАЛИ СЦЕПЛЕНИЙ

Устройство сцепления. На отечественных автомобилях приме-

няют в основном фрикционные одно- или двухдисковые постоян-

но замкнутые сцепления сухого трения. Они состоят из ведущих и

ведомых элементов и механизма управления.

Ведущие детали сцеплений

—

маховик и нажимные диски.

Ведомые детали

—

ведомый диск и вал сцепления. В двухдиско-

вых сцеплениях два ведомых и два нажимных диска, которые при-

жаты друг к другу усилием нескольких цилиндрических пружин,

расположенных по окружности (периферии) дисков. В конструк-

ции сцеплений легковых и некоторых грузовых автомобилей на-

жимной пружиной служит центральная диафрагменная пружина.

Механизм управления (привод) создан для включения и выклю-

чения сцепления. Механический привод состоит из педали, нахо-

дящейся в кабине водителя, тяг или троса, рычагов и выжимного

подшипника, воздействующего на отжимные рычаги. В гидравли-

ческом приводе усилие от педали передается выжимному подшип-

нику посредством давления жидкости. Гидравлический привод

позволяет дистанционно управлять сцеплением, обеспечивает

плавность включения сцепления. Пневматический привод ис-

пользуют обычно на грузовых машинах, оборудованных пневмо-

компрессорами, и там, где усилие выключения достаточно высо-

кое.

Суммарное усилие всех пружин при сжатии дисков достигает

8...10кН. Передаточное число привода (соотношение плеч всех

рычагов) рассчитывают из условия, чтобы усилие на педали при

выключении сцепления не превышало для легковых автомобилей

150 Н, для грузовых 250 Н, полный ход педали находился в преде-

ле 140...190 мм, свободный ход

—

28...50 мм. Для существующих

сцеплений общее передаточное число от педали до отжимных ры-

чагов равно 25...50, т. е. усилие на педали в данное число раз мень-

ше, чем на выжимном подшипнике. Для уменьшения усилия на

педали применяют также сервомеханизмы.

Педали сцепления могут иметь нижнюю (в ЗИЛ-431416) или

верхнюю (у большинства конструкций) опору. При верхней опоре

221

легче герметизировать кабину и получить большее передаточное

число механизма управления. Удобен и дешев тросовый привод,

используемый на легковых автомобилях.

Принцип действия сцеплений. На рисунке 16.1, а показана схема

однодискового сухого постоянно замкнутого сцепления с перифе-

рийно расположенными нажимными пружинами с механическим

приводом управлением сцеплением.

Сцепление находится внутри корпуса 5, прикрепленного обыч-

но к корпусу 2 маховика 1. К маховику двигателя болтами привер-

нут кожух 6, внутри которого установлен нажимной диск 4. В ко-

жухе по окружности закреплены несколько пальцев 17, концы ко-

торых входят в пазы нажимного диска и сообщают ему вращение.

Нажимной диск может также перемещаться вдоль оси. Между ма-

ховиком и нажимным диском находится ведомый диск J, наса-

жанный на шлицы вала 11 сцепления. К стальному ведому диску

приклепаны фрикционные накладки из материала с высоким ко-

эффициентом трения по чугуну. Ведущие части сцепления (махо-

вик и нажимной диск) соединены с двигателем, ведомые части

(ведомый диск и вал сцепления)

—

с трансмиссией.

Между кожухом и нажимным диском расположены пружины

16, прижимающие нажимной диск к ведомому и последний к ма-

ховику. Благодаря трению, возникающему между ведущими и ве-

домыми элементами сцепления, вращающий момент передается

от двигателя к трансмиссии. Момент трения создается за счет

прижатия нажимных дисков пружинами (на отечественных авто-

мобилях от 6 до 28 пружин), установленными в углублениях по

концентрическим окружностям кожуха.

Максимальный момент трения, который может передать сцеп-

ление, определяют по уравнению

Л/ф= А/тахР=^р

где Л/

тах

— максимальный момент двигателя;

(3 —

коэффициент запаса сцепления;

Р —

нажимное усилие; /^р —средний радиус трения; Лс

= 0,5 (R + г); Л, г—соот-

ветственно наибольший и наименьший радиусы фрикционных колец; ц

—

коэф-

фициент трения (при трении различных материалов накладок по чугуну

ц = 0,3...0,6); /

—

число поверхностей трения.

При действии на диски нажимного усилия Р возникает сила

трения, т. е. сцепление включается. Когда действие силы Р пре-

кращается, исчезает трение и сцепление уже не передает вращаю-

щий момент.

Когда сцепление включено, комплект дисков находится в сжа-

том состоянии. В этом режиме двигатель соединен с трансмисси-

ей. Для отключения двигателя от трансмиссии водитель нажимает

на педаль 72 и через тягу

и рычаг 14воздействует на выжимной

подшипник 10. Он смещается в сторону двигателя, нажимая на

концы отжимных рычагов 9, поворачивает их относительно опор 8

и тяги 7, преодолевая сопротивление пружин 16, отводят нажим-

222

Рис. 16.1. Схемы механических постоянно

замкнутых сцеплений:

—

однодискового; б

—

двухдискового; в

—

раздвиж-

ная скоба; /

—

маховик; 2

—

корпус маховика; 3—

ведомый диск; нажимной диск; 5—корпус

сцепления; б—кожух; 7—тяга; 8— опоры отжим-

ных рычагов; 9— отжимные рычаги; 10— выжимной

подшипник; //

—

вал сцепления; /2—педаль;

13 —

тяга; /4—вильчатый рычаг; /5—оттяжная пружи-

на; 16— нажимные пружины; /7—ведущие пальцы;

18— отжимная пружина среднего нажимного диска;

19— болт-ограничитель хода среднего нажимного

диска; 20— задний нажимной диск; 2/ —задний ве-

домый диск; 22

—

средний нажимной диск; 23— пе-

редний ведомый диск; 24

—

раздвижная скоба

ной диск от ведомого. Сцепление выключается, и вал И не полу-

чает вращения от двигателя.

Сцепление включают, плавно отпуская педаль. Пружинами 16

нажимной диск смещается к двигателю и прижимает ведомый

диск к маховику. Под пружины подкладывают асбестовые про-

кладки, предотвращающие сильный нагрев пружин и возможный

их отпуск.

Двухдисковое постоянно замкнутое сцепление (рис. 16.1, б)

отличается от однодискового наличием среднего 22 и заднего 20

нажимных дисков и двух ведомых дисков 21 и 23. Нажимные

1 22 20

,24

223

диски приводятся во вращение от маховика через кожух 6 и паль-

цы 77.

Ведомые диски 21 и 23 установлены на шлицах вала 77 и могут

смешаться вдоль него. Сцепление включено, когда нет воздей-

ствия на педаль. При этом все диски пружинами 16 прижаты к

маховику. Чтобы выключить сцепление, нажимают на педаль и

через тяги и рычаги воздействуют на выжимной подшипник 10;

который нажимает на рычаги 9. Рычаги 9 через тяги 7 отводят зад-

ний нажимной диск 20 от заднего ведомого диска 21. Освобожден-

ный от воздействия пружин 16 средний нажимной диск 22 пружи-

нами 18 отодвигается от переднего ведомого диска 23 до упора в

болты 19. Такая конструкция позволяет освободить ведомые дис-

ки от воздействия ведущих и выключить сцепление.

При включении сцепления сначала в контакт с ведомым дис-

ком 21 вводится задний нажимной диск 20, а затем все диски при-

жимаются к маховику. Постепенный ввод в работу ведомых дис-

ков обеспечивает плавное увеличение вращающего момента при

трогании машины.

В двухдисковых сцеплениях автомобилей КамАЗ для повыше-

ния «чистоты» выключения применяют устройство, показанное на

рисунке 16.1, е. Скобы 24 этого устройства шарнирно закреплены

на среднем нажимном диске 22. Когда сцепление выключено, ско-

бы пружинами поворачиваются в поперечное к дискам положение

и устанавливают средний нажимной диск на равное удаление от

маховика и заднего нажимного диска, обеспечивая зазор между

трущимися дисками 0,5...0,7 мм.

Диафрагменная пружина 4 (рис. 16.2, а) в свободном состоянии

имеет вид усеченного конуса с радиальными прорезями (рис. 16.2,

в), которые образуют сходящиеся к центру лепестки, выполняю-

щие функцию рычагов выключения. Пружину 4(рис. 16.2, о) уста-

навливают между нажимным диском 3 и кожухом 2. При монтаже

кожуха на маховике пружина поворачивается относительно сталь-

ных опорных колец 5, прикрепленных к кожуху. Пружина, пово-

рачиваясь, нажимает на приливы нажимного диска, выполненные

по его наружному диаметру, и прижимает нажимной диск к махо-

вику 1. Выключают сцепление, перемещая выжимной подшипник

7 (рис. 16.2, 6) влево. Он нажимает на концы лепестков пружины,

которые поворачивают пружину 4 относительно опорных колец и

отводят нажимной диск от ведомого диска 6.

Диафрагменная пружина имеет нелинейную упругую характе-

ристику (рис. 16.2, г), благодаря чему усилие на педали в конце

выключения сцепления несколько уменьшается, а при износе

дисков изменение нажимного усилия незначительно. При исполь-

зовании диафрагменной пружины сокращается число деталей

сцепления, уменьшаются его размеры, нажимное усилие равно-

мерно распределяется по всей окружности нажимного диска,

уменьшается влияние центробежных сил.

224

Рис. 16.2. Сцепление с диафрагменной пружиной:

а, б—соответственно включенное и выключенное положения сцепления: /

—

маховик; 2 —

кожух; J—нажимной диск; 4—диафрагменная пружина; 5—опорные кольца; б—ведомый

диск; 7—выжимной подшипник; в

—

диафрагменная пружина; г —характеристика пружины:

Р\ Р"

—

нажимное усилие соответственно в конце и начале выключения сцепления; Л/—де-

формация пружины при выключении сцепления

При резком отпускании педали сцепления или наезде на пре-

пятствие в трансмиссии возникают динамические нагрузки, кото-

рые могут привести к поломкам деталей. Чтобы этого не происхо-

дило, сцепление рассчитывают на передачу несколько большего

вращающего момента, чем максимальный момент двигателя. Если

вращающий момент динамических нагрузок превысит расчетный,

то сцепление начнет пробуксовывать и предохранит детали от по-

ломок. Чтобы сцепление надежно передавало момент от двигателя

к трансмиссии и предохраняло их от значительных динамических

нагрузок, значение максимального момента трения определяют с

учетом коэффициента запаса сцепления

Р=Л/

/Л/

тах

Для одно- и двухдисковых сцеплений

= 1,2...2,5, для машин

высокой проходимости и грузоподъемности

= 2...3.

При выборе коэффициента запаса учитывают его уменьшение

со временем в результате износа фрикционных накладок (их пара-

225

метры даны в табл. 16.1) и снижения коэффициента трения. Чем

больше значение коэффициента запаса, тем меньше работа трения

при включении сцепления и износ фрикционных дисков, интен-

сивнее разгон автомобиля и больше период между регулировками

сцепления, но хуже предохранительные свойства и выше динами-

ческая нагруженность деталей.

16.1. Параметры фрикционных накладок ведомых дисков

Марка автомобиля

Наружный диаметр D,

Внутренний диаметр d

Число нажимных

Марка автомобиля

мм

пружин

BA3-2108 190 130 1-д

BA3-2106 200 130 1-д

АЗЛК-2141 203 145 1-д

ГАЗ-ЗЮ2 225 150 9x2

УАЗ 254 150 9

ГАЗ-3307 300 164 12

ЗИЛ-431410 342 186 16

КамАЗ-5320 350 200 20

Примечание: д

—

диафрагменная нажимная пружина; 9x2— девять двойных

пружин.

При небольших значениях коэффициента запаса сцепления

увеличиваются время разгона, работа трения, износ фрикционных

накладок, но улучшаются предохранительные свойства сцепле-

ния. Нажимное усилие, создаваемое пружинами, рассчитывают,

исходя из давления, принятого для данного сцепления. Давление

на поверхности фрикционных накладок р

= P/F (здесь F— пло-

щадь одной стороны фрикционной накладки). В расчетах прини-

мают А) = 0,13...0,20 МПа (меньшие значения при больших диа-

метрах фрикционных накладок).

В результате цикличности работы двигателя и работы шестерен

возникают крутильные колебания, которые демпфируются пру-

жинно-фрикционным устройством, предусмотренным в конст-

рукции ведомого диска. Вращающий момент с фрикционных на-

кладок ведомого диска, приклепанных к стальному диску, переда-

ется на ступицу ведомого диска через пружины. Пружины постав-

лены в окна, выполненные в ведомом диске, пластине и диске

ступицы, с предварительным натягом, и их максимальная дефор-

мация происходит при превышении максимального момента тре-

ния фрикциона на 20...30 %. Кроме того, между ведомым диском и

диском ступицы создается трение. За счет деформации пружин и

трения между дисками поглощается энергия высокочастотных ко-

лебаний в трансмиссии, уменьшается их амплитуда, резонансная

зона колебаний ведомого диска перемещается в зону, не совпада-

ющую с частотой вращения вала двигателя.

Основные детали сцеплений. Маховик и нажимные диски изго-

товляют из чугуна марки СЧ21-40 или СЧ21-44. Их рабочие по-

верхности шлифуют. Для более интенсивного поглощения тепло-

226

ты, выделяющейся при пробуксовке дисков, и предотвращения

коробления нажимные диски изготовляют массивными, а в кожу-

хе и картере сцепления делают большие окна, через которые уда-

ляются продукты изнашивания и теплота. Трудности возникают

при отводе теплоты от двухдисковых сцеплений, у которых на-

жимные и ведомые диски находятся внутри маховика.

Нажимной диск однодискового сцепления передает половину

вращающего момента. В двухдисковых сцеплениях средний на-

жимной диск передает половину, а задний нажимной диск

—

четверть вращающего момента, что нужно иметь в виду при рас-

чете.

Для передачи вращающего момента и перемещения вдоль вала

сцепления нажимные диски соединяют с маховиком выступами.

При этом выступы вводят в пазы или маховика (КАЗ-4540,

КамАЗ), или кожуха (ГАЗ). В сцеплениях автомобилей ВАЗ,

«Москвич-2141», ЗИЛ нажимной диск соединяют с кожухом по-

средством упругих пластин, один конец которых прикреплен к

кожуху, а другой

—

к нажимному диску.

Ведомые диски сцепления воспринимают и передают вращаю-

щий момент с маховика и нажимного диска на вал сцепления,

демпфируют высокочастотные колебания, возникающие как в

двигателе, так и в трансмиссии. Они состоят из стального диска,

ступицы, демпферных пружин, стальных фрикционных накладок,

пластин и сжимающих их ступенчатых заклепок. Стальным дис

кам, к которым заклепками крепят фрикционные накладки, при-

дается упругость, необходимая для плавного включения сцепле-

ния. С этой целью диск выполняют определенной формы. Ради-

альными или Т-образными прорезями диски разделены на секто-

ры, которые могут попеременно изгибаться. Ведомые диски

изготовляют из высокоуглеродистой пружинной стали 60 Г или

65 Г в виде листа толщиной 1,3...2 мм.

Фрикционные накладки, приклепываемые к ведомому диску,

служат рабочим элементом сцепления. Их изготовляют прессова-

нием при высоких температурах из коротких асбестовых волокон.

В качестве наполнителей используют синтетические смолы, баке-

лит, графит, металлическую стружку. Изменяя компоненты на-

полнителей и пропитки, совершенствуя технологию изготовле-

ния, повышают коэффициент трения по чугуну = 0,30...0,62) и

износостойкость при высоких температурах. Фрикционные на-

кладки выдерживают значительный нагрев (до 350 °С) и давление,

обладают хорошей теплопроводностью. Фрикционные накладки

соединяют с дисками посредством латунных заклепок (чтобы го-

ловки заклепок были утоплены относительно рабочей поверхнос-

ти колец на 1,5...2 мм) или клея.

Металлокерамические фрикционные накладки обладают высо-

кой износостойкостью и теплопроводностью, большим коэффи-

циентом трения, но имеют значительный момент инерции и быс-

227

тро изнашивают маховик и нажимной диск. Их применяют в гид-

роподжимных муфтах, работающих в масле.

В качестве нажимных пружин применяют цилиндрические или

диафрагменные пружины. Цилиндрические пружины изготовля-

ют из стальной проволоки марок 65 Г и 85 Г с закалкой в масле и

последующим отпуском. Напряжения кручения проволоки при

сжатии пружин должны быть не более 750 МПа. Диафрагменные

пружины штампуют из пружинной стали марки 65 Г или 85 Г тол-

щиной 2...2,5 мм. Так как концы лепестков пружины нагружаются

выжимным подшипником (упорным фланцем), то их делают бо-

лее твердыми и износостойкими.

16.3. СЦЕПЛЕНИЯ РАЗЛИЧНЫХ АВТОМОБИЛЕЙ

Сцепление автомобиля BA3-21213 однодисковое с диафрагмен-

ной нажимной пружиной, гасителем крутильных колебаний на ве-

домом диске и гидравлическим приводом. Корпус сцепления (рис.

16.3) отливают из алюминиевого сплава, центрируют установоч-

ными штифтами и крепят болтами к блоку двигателя. Задний то-

рец картера сцепления соединяют с коробкой передач. Кожух

сцепления 36 центрируют на маховике 22 тремя штифтами и по

меткам крепят к нему шестью болтами.

Внутри кожуха размещены нажимной диск 20 и диафрагменная

нажимная пружина 13, опирающаяся на два стальных опорных

кольца 35, которые во внутренней части кожуха закреплены девя-

тью опорными заклепками 14. Внешней частью (по окружности)

нажимная пружина создает давление на прилив нажимного диска

20, смещая его в сторону маховика и прижимая к нему ведомый

диск 21. Сходящиеся к центру лепестки диафрагменной пружины

служат рычагами выключения сцепления. К ним прижат упорный

фланец 34, удерживаемый от свободного вращения планками 29,

прикрепленными к кожуху. Вращающий момент передается на-

жимному диску 20через три упругие пластины, каждая из которых

соединяет кожух с нажимным диском. Упругие пластины обеспе-

Рис. 16.3. Сцепление и привод сцепления автомобиля BA3-21213:

—бачок для тормозной жидкости; 2— главный гидроцилиндр; 3

—

компенсационное отвер-

стие; 4

—

штуцер; 5, 7—поршни; б, 25— уплотняющие манжеты; 8— крючок; 9— пружина

сервопривода; 10, 40— оттяжные пружины; 11

—

винт (ограничитель хода педали); 12— пе-

даль; 13

—

диафрагменная нажимная пружина; /4—опорная заклепка; /5—ступенчатая зак-

лепка; 16— наружная пластина ведомого диска; 17— ступица ведомого диска; 18— фланец

ступицы; 19

—

демпферная пружина; 20— нажимной диск; 2/

—

ведомый диск; 22— маховик;

23— пружина; 24

—

перепускное отверстие; 26— впускное отверстие; 27— стопорное кольцо;

28, 37— толкатели; 29— планка; 30— выжимной подшипник; 31— вал сцепления; 32— вилка

выключения сцепления; 33— шаровая опора; 34— упорный фланец; 35— опорное кольцо ди-

афрагменной пружины; 36— кожух; 38— регулировочная гайка; 39— рабочий гидроцилиндр;

—

трубопровод

228

38 37 36 35