Губарев А.В., Никифоров С.С. Конструкция автомобилей. Часть 1

Подождите немного. Документ загружается.

тивному диску 2 отжимными пружинами 8, что обеспечивает гарантированный

зазор в цепочке: нажимной диск 1, ведомый диск 10, маховик двигателя 11. Так

обеспечивается требование чистоты выключения сцепления.

При увеличении частоты вращения коленчатого вала двигателя, грузы 9 под

действием центробежных сил расходятся, профилированными хвостиками упи-

раются в диски 1 и 2. Нажимной диск 1 перемещается влево, прижимая ведомый

диск 10 к маховику 11. За счет силы трения между накладками ведомого диска и

торцевыми поверхностями маховика 11 и диска 1 ведомый диск начинает вра-

щаться. Так как ведомый диск связан подвижным шлицевым соединением с пер-

вичным валом коробки передач, крутящий момент передается от двигателя в ко-

робку передач, т.е. происходит включение сцепления. Реактивный диск 2 пере-

мещается на ограниченное расстояние вправо, сжимая пружины поз. 4 и обеспе-

чивая гарантированный зазор между рычагами 5 подшипником муфты 6 для ис-

ключения его постоянного вращения. Это увеличивает к.п.д. трансмиссии и по-

вышает срок службы подшипника.

При снижении частоты вращения коленчатого вала грузы 9 возвращаются в

исходное положение за счет перемещения влево диска 2 пружиной 4 и перемеще-

ния вправо диска 1 пружинами 8. Сцепление автоматически выключается, пре-

дотвращая остановку двигателя.

Для принудительного выключения сцепления при переключении передач муф-

ту 6 необходимо переместить влево. При этом рычагами 5 реактивный диск 2 пе-

ремещает вправо и через пружины 8 тянет нажимной диск 2, сцепление выключа-

ется.

Чтобы обеспечить режим торможения двигателем, необходимо сдвинуть упор

7 вправо. Нажимной диск 2 будет прижиматься к ведомому диску 10 уже не за

счет центробежной силы грузов 9, а пружинами 4, и сцепление останется вклю-

ченным даже при малых частотах вращения коленчатого вала. Положением упора

7 управляет водитель.

Недостатком центробежного сцепления является высокая вероятность пробук-

совки при малых скоростях движения в тяжелых дорожных условиях.

2. Полуцентробежное сцепление, рис. 3.20

Это постоянно включенное фрикционное сцепление, усилие сжатия ведомых и

ведущих элементов осуществляется за счет пружин 5 и центробежных сил грузов

8. Наличие дополнительного нажимного усилия от действия грузов 8 позволяет

применять более слабые нажимные пружины, чем в дисковых пружинных фрик-

ционных сцеплениях (при прочих равных условиях). Следовательно, для управле-

ния полуцентробежным сцеплением требуется затрачивать меньше усилий на ре-

жимах начала движения и движения с малыми скоростями по сравнению с пру-

жинными фрикционными сцеплениями.

Недостатком данной конструкции также является высокая вероятность про-

буксовки в тяжелых дорожных условиях при малой скорости движения. Студен-

там предлагается самостоятельно по рис. 3.20 разобраться с особенностями кон-

струкции и работы полуцентробежного сцепления.

3. Электромагнитное фрикционное сцепление, рис. 3.21

В таких сцеплениях сжатие ведущих и ведомых частей осуществляется элек-

тромагнитными силами. Это постоянно разомкнутые сцепления. Нажимной диск

2 соединен пальцами с диском 4, в который встроены электромагниты 8. Элек-

трический ток подводится к магниту через щетки 7 и контактные кольца 5.

Якорь электромагнита 3 закреплен на кожухе 1, который прикреплен к махо-

вику 11. Выключение сцепления обеспечивается пружинами 9. При подаче на-

пряжения на щетки 7, под действием магнитного поля диск 4 притягивается к

якорю 3, перемещая связанный с ним нажимной диск 3. Нажимной диск прижи-

мает ведомый диск 10 к маховику 11. Так как ведомый диск 10 связан подвижным

шлицевым соединением с первичным валом коробки передач, крутящий момент

передается от двигателя в коробку передач, т.е. происходит включение сцепления.

Зубчатая муфта 6 позволят блокировать сцепление (т.е. соединять коленчатый вал

двигателя и первичный вал коробки передач) при запуске двигателя автомобиля с

буксира, когда отсутствует напряжение в бортовой сети.

Рис. 3.20. Полуцентробежное сцепление:

1 – маховик, 2 – ведомый диск, 3 – на-

жимной диск, , 4 – кожух, 5 – нажимные

пружины, 6 – муфта, 7 – рычаг, 8 – груз

3.4. Фрикционные дисковые пружинные сцепления

Сцепления этого типа представляют собой дисковую муфту, передающую

крутящий момент за счет силы сухого трения. Получили самое широкое распро-

странение на автомобилях со ступенчатыми механическими трансмиссиями.

3.4.1. Однодисковое фрикционное пружинное постоянно включенное

сцепление

Такие сцепления широко применяются в легковых и в ряде грузовых автомо-

билей благодаря простоте конструкции, надежности, чистоте выключения и плав-

ности включения, удобству при эксплуатации и ремонте.

В состав сцепления входят (рис. 3.22):

– ведущие части, т.е. связанные с коленчатым валом двигателя (маховик

двигателя 3, кожух 1, нажимной диск 2);

– ведомые части, т.е. связанные с первичным валом коробки перемены пе-

редач (ведомый диск 4);

– нажимной механизм, который можно также назвать механизмом включе-

ния (пружины 6);

– механизм выключения (рычаги 12, муфта выключения с подшипником 7,

вилка 11);

– привод механизма выключения (педаль 8, тяга 10).

При включенном сцеплении ведомый диск 4 прижат к маховику 3 посредством

нажимного диска 2 пружинами 6. Крутящий момент передается от ведущих час-

тей к ведомым частям двумя путями (потоками).

1. Маховик – ведомый диск. Маховик закреплен болтами на фланце коленча-

того вала двигателя, крутящий момент передается от маховика через поверхности

Рис. 3.21. Электромагнитное фрикционное

сцепление: 1 – кожух, 2 – нажимной диск,

3 – якорь, 4 – диск, 5 – кольцо, 6 – муфта,

7 – щетки, 8 – электромагнит, 9 – пружина,

10 – ведомый диск, 11 – маховик

трения к ведомому диску. Ведомый диск посредством подвижного в осевом на-

правлении шлицевого соединения связан с первичным (ведущим) валом коробки

передач.

2. Маховик – кожух сцепления – нажимной диск – ведомый диск. Кожух сцеп-

ления прикреплен к маховику болтами. Для центрирования кожуха, то есть для

обеспечения его однозначного положения относительно маховика, применяются

штифты, установленные в маховик (не менее 2 шт., обычно 3 шт.). Крутящий мо-

мент от кожуха сцепления передается нажимному диску. Применяются различные

конструктивные решения для связи нажимного диска и кожуха. Конструкция со-

единения должна обеспечить:

– передачу крутящего момента, т.е. тангенциальных усилий,

– возможность осевого перемещения нажимного диска относительно кожу-

ха, что необходимо для включения-выключения сцепления.

На рис. 3.23 показан способ соединения пакетами упругих пластин, который

применяется в сцеплениях грузовых (автомобиль ЗИЛ-130) и легковых автомоби-

лей, например, автомобили ВАЗ. Пакеты пластин 3 расположены тангенциально

(по касательной), что позволяет осуществлять передачу крутящего момента. Их

упругость не препятствует перемещению нажимного диска в осевом направлении

(напомним, что кожух сцепления жестко закреплен на маховике двигателя и в

осевом направлении неподвижен).

Другой способ связи – посредством выступов (бобышек) нажимного диска, ко-

торые входят в окна, прорезанные в кожухе сцепления, рис. 3.24. В таком вариан-

Рис. 3.22. Схема однодискового фрикционного пружинного постоянно

включенного сцепления: а – сцепление включено, б – сцепление вы-

ключено; 1 – кожух, 2 – нажимной диск, 3 – маховик 4 – ведомый диск,

5 – соединительная пластина, 6 – пружина, 7 – муфта выключения с

подшипником, 8 – педаль управления, 9 – первичный вал коробки

перемены передач, 10 – тяга, 11 – вилка, 12 – рычаг

а)

б)

те при выключении сцепления приходится преодолевать кроме усилия нажимных

пружин еще и силы трения между элементами, через которые передается крутя-

щий момент, т.е. между бобышками нажимного диска и кожухом сцепления. Та-

кой способ соединения применяется в сцеплениях грузовых и легковых автомо-

билей, например, автомобили ГАЗ.

Следующий способ – нажимной диск связан не с кожухом, а непосредственно

с маховиком через шипы, обычно в количестве 4 шт., рис. 3.25а, б. Маховик имеет

чашеобразную форму с внутренними канавками, в которые входят шипы нажим-

ного диска. Данный способ применяется в однодисковых (грузовые автомобили

МАЗ) и многодисковых сцеплениях (грузовые автомобили КАМАЗ). При выклю-

чении сцепления, как и в предыдущем случае, приходится преодолевать дополни-

тельные усилия от силы трения между боковыми поверхностями шипов нажимно-

го диска и канавок маховика. Аналогичный недостаток имеется и в том случае,

когда нажимной диск связан с маховиком и кожухом пальцами, рис. 3.25в.

Нажимной механизм, то есть механизм, который обеспечивает включение

сцепления. Основными элементами этого механизма являются пружины. По их

расположению сцепления бывают:

– с центральной пружиной,

– с периферийными пружинами.

В качестве центральных пружин применяются цилиндрические, конические и

диафрагменные пружины, рис. 3.26.

Рис. 3.23. Соединение нажимного диска (2) и кожуха сцепления (1) паке-

тами упругих пластин (3): а – схема, б – конструктивное исполнение

а)

б)

Пример конструкции сцепления с центральной конической пружиной показан

на рис. 3.27. Применение в конструкции конической пружины позволяет сущест-

венно уменьшить осевые габариты сцепления по сравнению со сцеплением с цен-

тральной цилиндрической пружиной, т.к. при сжатии конической пружины не

происходит посадки одного ее витка на другой. Немаловажным фактором являет-

ся и то, что коническая пружина имеет нелинейную характеристику (линия «б» на

рис. 3.26г). Это позволяет получить большее нажимное усилие, чем у цилиндри-

ческой пружины при одинаковых их деформациях (линия «а» на рис. 3.26г). В

конструкции, представленной на рис. 3.27, поперечное сечение витков пружины 5

прямоугольное. Пружина расположена между подвижной втулкой 6 и опорным

фланцем 3. Непосредственно пружина не соприкасается с нажимным диском, по-

этому меньше нагревается и не теряет своих свойств.

Рис. 3.24. Связь нажимного диска и кожуха сцепления посредством вы-

ступов: а – схема, б – конструкция, в – сцепление легкового автомобиля

ГАЗ-3110; 1 – кожух сцепления, 2 – нажимной диск, 3 – выступ на нажим-

ном диске, 4 – окно в кожухе сцепления, 5 – маховик двигателя

а)

б)

в)

а)

б)

Рис. 3.25. Связь нажимного диска и маховика шипами: а – схема,

б – фрагмент сцепления грузового автомобиля КАМАЗ; в – схема

соединения нажимного диска, маховика и кожуха сцепления

пальцами; 1 – маховик двигателя, 2 – кожух сцепления, 3 – на-

жимной диск, 4 – шип нажимного диска, 5 – палец

в)

Усилие сжатой пружины 5 стремится переместить втулку 6 вправо (по стрел-

кам). Через втулку 6 и закрепленную на ней обойму 12 усилие пружины передает-

ся на рычаги 4, которые имеют промежуточные опоры на выступы упорного

фланца 3. Благодаря рычажному механизму усилие (стрелки влево на рисунке) от

пружины на нажимной диск 1 возрастает, что позволяет передавать больший кру-

тящий момент, чем при других типах нажимного механизма. Поэтому такая кон-

струкция применяется на грузовых автомобилях (например, МАЗ). Усилие, пере-

даваемое от пружины на нажимной диск можно регулировать прокладками 2 (из-

меняется осевое положение опоры рычагов 4).

Рис. 3.26. Пружины, применяемые в дисковых фрикционных сцепле-

ниях: а – цилиндрическая пружина, б – коническая пружина; в – диа-

фрагменная пружина; г – зависимость нажимного усилия P вышена-

званных пружин от величины их деформации f

в)

а)

б)

г)

Нажимные рычаги упругие, выполнены в виде отдельных секторов, что созда-

ет эффект лопастного вентилятора и повышает эффективность охлаждения сцеп-

ления. За счет упругости рычагов обеспечивается плавность включения сцепле-

ния. Связь нажимного диска с кожухом осуществляется по схеме, показанной на

рис. 3.25а.

В механизм выключения в этой конструкции входят: муфта 7, втулка 6, оттяж-

ные пружины 9, которые обеспечивают принудительный отвод нажимного диска

от ведомого при выключении сцепления.

Диафрагменные пружины в постоянно включенных сцеплениях нашли самое

широкое применение. Одно из преимуществ диафрагменной пружины – поддер-

жание при износе фрикционных накладок неизменного нажимного усилия из-за

нелинейной ее характеристики (линия «в» на рис. 3.26г). Сцепления с диафраг-

менной пружиной имеют более простую конструкцию. Недостаток диафрагмен-

ной пружины – ограниченность нажимного усилия, а, следовательно, и переда-

ваемого сцеплением крутящего момента.

Диафрагменная пружина, рис. 3.26в, имеет форму усеченного конуса. В боль-

шинстве конструкций устанавливается выпуклостью по направлению от двигате-

Рис. 3.27. Однодисковое постоянно

включенное сцепление с центральной

конической пружиной: 1 – нажимной

диск, 2 – регулировочная прокладка,

3 – упорный фланец, 4 – нажимной ры-

чаг, 5 – пружина, 6 – втулка, 7 – муфта

выключения, 8 – кожух сцепления,

9 – оттяжная пружина, 10 – ведомый

диск, 11 – маховик двигателя (ведущий

диск), 12 – обойма с шаровыми опорами

нажимных рычагов

ля, и чтобы выключить сцепление необходимо ее центральную часть деформиро-

вать по направлению к двигателю, рис. 3.28а. Существуют конструкции, в кото-

рых диафрагменная пружина устанавливается наоборот, т.е. выпуклостью по на-

правлению к двигателю, и чтобы выключить сцепление необходимо центральную

часть пружины деформировать по направлению от двигателя, рис. 3.28б. Такое

расположение пружины позволяет уменьшить осевые габариты сцепления, однако

конструкция муфты выключения усложняется.

Давление пружины создается ее участком, расположенным между опорными

кольцами и наружным ее краем, который упирается на нажимной диск, рис. 3.28а.

Опорные кольца закреплены на кожухе сцепления каким-либо способом, напри-

мер, заклепками (рис. 3.29а) или завальцованы (рис. 3.29б).

а)

б)

Рис. 3.28. Схема однодискового постоянно включенного сцепления с цен-

тральной диафрагменной пружиной: а – установленной выпуклостью к ко-

робке передач, б – установленной выпуклостью к двигателю; 1 – маховик

двигателя, 2 – передний подшипник первичного вала коробки передач,

3 –фланец коленчатого вала, 4 – первичный вал коробки передач, 5 – ведомый

диск, 6 – нажимной диск, 7 – кожух сцепления, 8 – заклепки крепления упру-

гих соединительных пластин к нажимному диску, 9 – болты крепления кожу-

ха сцепления к маховику, 10 – диафрагменная пружина, 11 – узел крепления

диафрагменной пружины к кожуху сцепления, 12 – рычаг привода муфты вы-

ключения сцепления, 13 – шаровая опора рычага, 14 – шток привода выклю-

чения сцепления, 15 – муфта выключения, 16 – опорное кольцо диафрагмен-

ной пружины, 17 – ось рычага