- •Московский государственный технический университет «мами»
- •1. Классификация сцеплений
- •1.8. По способу управления:
- •2. Требования, предъявляемые к сцеплениям
- •3. Гидравлическое сцепление (гидромуфта)
- •4. Электромагнитное порошковое сцепление
- •5. Конструкции фрикционных сцеплений
- •5.1. Сцепление с диафрагменной нажимной пружиной
- •5.2. Особенности конструкций сцеплений с периферийными пружинами и центральной конической пружиной
- •5.3. Полуцентробежное фрикционное сцепление
- •5.4. Центробежное фрикционное сцепление [1]
- •5.5. Сцепление с автоматической компенсацией износа накладок ведомого диска (система xTend)
- •6. Расчет сцепления
- •6.1. Определение расчетного момента трения сцепления
- •6.2. Определение работы Aб буксования сцепления, удельной работы Aуд буксования и температуры t0 деталей сцепления в процессе буксования
- •Буксования сцепления
- •7. Конструирование и расчет деталей фрикционных сцеплений
- •7.1. Нажимной и средний ведущие диски
- •7.2. Ведомые диски
- •Пружин усилием сжатия: а и б – с цилиндрическими пружинами:
- •7.3. Пружины
- •7.4. Рычаги выключения сцепления
- •7.5. Кожух сцепления
- •7.6. Картер сцепления
- •8. Привод сцепления
- •9. Тенденции развития систем управления сцеплениями
- •Приложение 1 Двухдисковое сцепление с периферийными пружинами
- •Приложение 2 Определение размеров фрикционных накладок для однодискового сцепления автомобиля КамАз-4310 (6х6)
- •I. Решение для случая постоянной работы автомобиля с прицепом:
- •II. Решение для случая эксплуатации одиночного автомобиля:
- •Особенности конструкции стандартного двухмассового маховика [3]
- •Выбор параметров диафрагменной нажимной пружины вдавливаемого типа для однодискового сцепления автомобиля КамАз-4310 (6х6)
- •Механический привод управления сцеплением с пневматическим усилителем (пневмомеханический привод)
- •Гидропневматический привод управления сцеплением
4. Электромагнитное порошковое сцепление
Электромагнитное порошковое сцепление (рисунок 4.1) постоянно выключено и относится к сцеплениям с автоматизированным управлением, у которых педаль сцепления отсутствует. Оно получило некоторое распространение на автомобилях особо малого и малого классов. Сцепление состоит из трех основных частей: ведущей части 1, которой является маховик с прикрепленными к нему болтами магнитопроводами; присоединенного к картеру сцепления неподвижного корпуса 2 с запрессованным в него магнитопроводом с обмоткой возбуждения 3, и ведомой части 4 из немагнитного материала, передающей крутящий момент на первичный вал коробки передач. Части сцепления (магнитопровды) разделены воздушными зазорами А, Б и В. При отсутствии тока в обмотке возбуждения 3 между ведущей и ведомой частями сцепления силовой связи нет и сцепление выключено.
|
Рисунок 4.1 – Схема электромагнитного порошкового сцепления: А, Б, В – зазоры, 1 – ведущая часть; 2 – неподвижный корпус; 3 – обмотка возбуждения; 4 – ведомая часть |
Основное достоинство такой конструкции заключается в том, что управление сцеплением можно перенести с ножного (с педали сцепления) на ручной вариант управления.
5. Конструкции фрикционных сцеплений
5.1. Сцепление с диафрагменной нажимной пружиной
На рисунке 5.1 показано фрикционное однодисковое сцепление с диафрагменной нажимной пружиной. Сцепление с маховиком 2 двигателя расположено в литом картере 1, закрепленном на заднем торце блока цилиндров двигателя.
Сцепление состоит из ведущих деталей: кожуха 12, прикрепленного болтами к маховику двигателя, и нажимного диска 4, соединенного с кожухом тремя упругими пластинами 2 (рисунок 5.2) с помощью заклепок 3 и 4, и ведомых деталей: ведомого диска с фрикционными накладками и ведомого вала.
Маховик двигателя, кожух и нажимной диск вращаются с частотой коленчатого вала двигателя. Кроме того, нажимной диск за счет упругости соединительных пластин имеет возможность перемещаться в осевом направлении.
Ведомый диск расположен между нажимным диском и маховиком двигателя. Он соединен со ступицей 19 через пружинно-фрикционный демпфер (гаситель) крутильных колебаний.
У подавляющего большинства автомобилей картер коробки передач присоединяется непосредственно к картеру сцепления 1, и ступица ведомого диска соединена с первичным валом коробки передач 8 шлицевым соединением, а ведомый вал сцепления отсутствует.
Передний конец первичного вала коробки передач установлен на роликоподшипнике в выточке маховика двигателя, а задний конец – на шарикоподшипнике в картере коробки передач.
Кроме ведущих и ведомых деталей, в сцеплении выделяют группу деталей, осуществляющих его включение-выключение: диафрагменную пружину 6, муфту 10 выключения сцепления с выжимным подшипником 7 и вилку 13 выключения сцепления, и привод сцепления.
Рисунок 5.1 – Однодисковое фрикционное сцепление:
1 – картер сцепления; 2 – маховик двигателя; 3 – фрикционные накладки ведомого диска; 4 – нажимной диск; 5 – опорные кольца; 6 – диафрагменная пружина; 7 – выжимной подшипник; 8 – первичный вал коробки передач; 9 – поролоновые кольца; 10 – муфта выключения сцепления; 11 – шаровая опора вилки; 12 – кожух; 13 – вилка; 14 – шток рабочего цилиндра; 15 – соединительная пластина; 16 – рабочий цилиндр; 17 – штуцер прокачки; 18 – пружина демпфера крутильных колебаний; 19 – ступица ведомого диска
Включение сцепления осуществляется под действием силы, создаваемой нажимной пружиной (пружинами), а выключение – в результате преодоления этой силы при воздействии на педаль сцепления и через привод – на муфту выключения сцепления и пружину (пружины).
Рисунок 5.2 – Корзина сцепления: 1 – диафрагменная пружина; 2 – упругая пластина крепления нажимного диска к кожуху сцепления; 3 и 4 – заклепки крепления пружины к нажимному диску и кожуху |
Муфта 10 выключения сцепления с выжимным подшипником 7 установлена на втулке, по которой может перемещаться вилкой 13 выключения сцепления, шарнирно установленной на шаровой опоре 11, закрепленной в картере сцепления. Вилка входит в выточки муфты выключения сцепления и соединяется с ней фиксирующей пружиной. Наружный конец вилки, выходящий наружу через люк картера, соединен со штоком 14 рабочего цилиндра 16 гидропривода выключения сцепления. В исходное положение механизм включения-выключения сцепления устанавливается с помощью оттяжной пружины вилки (см. рисунок 8.4, поз. 10).
а) б)
Рисунок 5.3 – Корзины сцеплений:
1 – кожух; 2 – диафрагменная пружина; 3 – упорный фланец выключения сцепления; 4 – штифты (или заклепки) крепления опорных колец диафрагменной пружины к кожуху сцепления
Вилка 13 перемещает вперед по втулке муфту 10, которая через выжимной подшипник 7 воздействует на лепестки диафрагменной пружины непосредственно (рисунок 5.3, а) или через упорный фланец выключения сцепления (рисунок 5.3, б). Как правило, упорный фланец соединяется с кожухом сцепления упругими соединительными пластинами, позволяющими фланцу перемещаться в осевом направлении (рисунок 5.4). К фланцу приклеивается фрикционное кольцо, которое обеспечивает вращение наружной обоймы выжимного подшипника при выключении сцепления.
Выжимной подшипник муфты выключения сцепления выполняют закрытым и герметичным. Смазочный материал в него закладывают при сборке.
Надежная передача крутящего момента сцеплением во включенном состоянии без пробуксовывания ведомых дисков обеспечивается достаточной силой трения между трущимися поверхностями, которая зависит от усилия, создаваемого нажимными пружинами.
|
Рисунок 5.4 – Корзина: 1 – кожух; 2 – упругая пластина; 3 – упорный фланец выключения сцепления |
В сцеплениях с диафрагменной пружиной, которая имеет нелинейную характеристику упругости 1, нажимное усилие при износе накладок поддерживается примерно постоянным. Для выключения сцепления с диафрагменной пружиной необходимо существенно меньшее усилие, чем для сцепления с периферийными пружинами (см. на рисунке 5.5 различие в ординатах Рпр2 и Р'пр2 при одинаковой деформации ƒ2).
|
Рисунок 5.5 – Характеристики упругости пружин: 1 – диафрагменной; 2 – цилиндрической |
Для двухдисковых сцеплений имеются специальные рычажные или пружинные устройства для принудительного перемещения среднего ведущего диска в положение, при котором оба ведомых диска будут находиться в свободном состоянии (рисунок 5.6).
В рычажном устройстве (рисунок 5.6, а), установленном на среднем ведущем диске, винтовая цилиндрическая пружина кручения при выключении сцепления поворачивает равноплечий рычаг. Рычаг, упираясь своими концами в нажимной диск и маховик, устанавливает средний ведущий диск на одинаковом расстоянии от маховика и нажимного диска.
В пружинных устройствах между маховиком и средним ведущим диском расположены отжимные пружины. Величину необходимого перемещения S среднего диска при выключении сцепления под действием этих пружин устанавливают:
- с помощью штоков, расположенных между средним диском и кожухом (рисунок 5.6, б). Штоки, выполненные заодно с шипами, закреплены гайками на среднем диске сцепления. На противоположные концы штоков надеты разрезные кольца, которыми штоки при выключении сцепления упираются в упорные планки, соединенные болтами с кожухом сцепления;
- с помощью регулировочных болтов, ввернутых в кожух сцепления и застопоренных контргайками (рисунок 5.6, в).
При полностью выключенном сцеплении (полностью отведенном нажимном диске) зазор ∆н между трущимися поверхностями в однодисковых сцеплениях составляет 0,75…1,0 мм, в двухдисковых – 0,5…0,6 мм, а в многодисковых – 0,25…0,30 мм, ход нажимного диска не превышает 1,5…2,0 мм у однодисковых и 2,0…2,5 мм у двухдисковых сцеплений.
Плавность включения сцепления диктуется необходимостью снижения динамических нагрузок в трансмиссии при трогании автомобиля с места и переключении передач, что достигается постепенным отпусканием педали сцепления при включении, а также обеспечивается податливостью ведомого диска.
Рисунок 5.6 – Механизмы, обеспечивающие гарантированный зазор между поверхностями трения:
а – рычажный; б – со штоком и отжимной пружиной;
в – с регулировочным болтом и отжимной пружиной; S – рабочий зазор
На плавность включения сцепления также оказывает влияние упругость элементов в механизме выключения. С этой точки зрения сцепление с диафрагменной пружиной, у которой податливые лепестки выполняют функции рычагов выключения, предпочтительнее, чем сцепление с периферийными пружинами, у которого выключение осуществляется жесткими рычагами.
Динамические нагрузки, возникающие в трансмиссии, могут быть пиковыми (единичными) и периодическими.
Пиковые нагрузки возникают при резких изменениях угловых скоростей валов трансмиссии, например при резком включении сцепления броском педали, торможении автомобиля с включенным сцеплением или движении по неровным дорогам.
При резком включении сцепления уменьшается угловая скорость коленчатого вала двигателя ωе и на трансмиссию передается повышенный крутящий момент Мс, который ее закручивает:
Мс = Мe + Је ∙ (dωе / dt),
где Је и (dωе / dt) – соответственно, момент инерции и ускорение вращающихся частей двигателя.
Для исключения поломок в трансмиссии сцепление ограничивает пиковые нагрузки путем пробуксовывания ведомого диска.
Периодические нагрузки возникают в результате неравномерности вращения коленчатого вала двигателя и передаваемого в трансмиссию автомобиля крутящего момента, что вызывает крутильные колебания. Они могут привести к появлению резонанса – резкого повышения уровня амплитуд крутящих моментов и напряжений в деталях трансмиссии. Для снижения уровня крутильных колебаний в конструкцию ведомого диска сцепления (или маховика двигателя) включают специальные демпферы (гасители) крутильных колебаний, которые преобразуют энергию колебаний в теплоту.
Кроме того, демпферы, изменяя жесткость трансмиссии, не допускают возможности наступления резонанса в трансмиссии, выводя резонансные частоты за область рабочих частот двигателя.
Сцепления балансируют в сборе с маховиком двигателя. Допустимый дисбаланс сцепления в сборе при динамической балансировке 0,2…0,8 Н∙см (в зависимости от размеров сцепления), а дисбаланс нажимного диска – 0,10… 0,25 Н∙см. Балансировка нажимного диска достигается высверливанием металла по ободу, а ведомого диска – приклепыванием к нему балансировочных грузиков.