2. Сцепление

Сцепление является одним из важных элементов трансмиссии автомобиля. Это устройство, позволяющее осуществлять соединения и разъединение двигателя и коробки передач в процессе эксплуатации автомобиля.

Перечислим основным требования к сцеплениям:

• надежная передача крутящего момента от двигателя к остальным элементам трансмиссии;

• плавность и полнота включения;

• система выключения;

• минимальный момент инерции ведомых элементов;

• хороший отвод тепла от поверхностей трения;

• предохранение трансмиссии от динамических нагрузок;

• легкость управления;

• уравновешенность.

На рис.7 показана классификация сцеплений. По характеру работы сцепления делятся на постоянно замкнутые и постоянно разомкнутые. В большинстве случаев на автомобилях применяются постоянно замкнутые сцепления, работы которых характеризуется тем, что они всегда включены и соединяют ведущий вал с ведомым. Ведущий вал – понятие условное, обычно это коленчатый вал двигателя и связанный с ним маховик, а ведомый вал – это первичный вал коробки передач.

Постоянно разомкнутые сцепления нормально включены и выключаются автоматически при возрастании частоты вращения коленчатого вала. Такие сцепления применяются очень редко, в этом случае обычно применяются автоматическое управление.

По характеру связи между ведущим и ведомым элементами сцепления делятся на гидравлические, электромагнитные порошковые и фрикционные. Гидравлическое сцепление представляет собой гидродинамическую муфту (гидромуфту), в которой связь между ведущим (насосом) и ведомым (турбина) элементами осуществляется через вращающий поток жидкости. Электромагнитное порошковое сцепление обеспечивает включение через ферромагнитный порошок.

Наиболее распространенным видом сцепления является фрикционное сцепление, в котором связь между элементами сцепления осуществляет за счет трения.

По форме элементов трения фрикционные сцепления делятся на два вида: дисковые и специальные (конусные, барабанные и др.). Специальные сцепления, в основном, конусные, применялись на заре развития автомобиля достаточно широко. В настоящее время такие сцепления не применяются. Основной вид сцепления сегодня – это сцепления дисковые. На легковых автомобилях в настоящее время применяются однодисковые сухие сцепления (впервые появились на автомобилях в 1910 г.), на грузовых – одно- и двухдисковые сухие сцепления.

По способу создания нажимного усилия современные фрикционные сцепления являются прижимными с центральной конической или цилиндрической пружинами, или с периферическими цилиндрическими пружинами. Широкое применение находят такие фрикционные сцепления с центральной диафрагменной пружиной (пружиной Бельвилля). Основное преимущество диафрагменной пружины состоит в том, что при износе накладок ведомого диска усилие практически не меняется. На рис.8 показан график усилия пружин Р_пр в зависимости от деформации f. На графике показаны упругие деформации нажимных пружин: 1 – конической центральной, 2 – диафрагменной, f₁ и f₂ – деформации пружин, Р_пр1, Р_пр2, Р_пр2 – усилия пружин до и после износа.

По типу привода современные сцепления могут быть с механическим, гидравлическим или комбинированным приводами. Наконец, по способу управления сцепления в большинстве случаев являются неавтоматическими с ножным приводом.

На рис.9 показаны основные виды конструкций сцеплений: а) однодисковое с периферийными цилиндрическими пружинами, б) однодисковое с центральной конической пружиной, в) однодисковое с диафрагменной пружиной, г) двухдисковое с периферическими пружинами. На рис.9 обозначены: 1 – ведомый диск, 2 – пружина, 3 – главный цилиндр, 4 – выжимной подшипник, 5 – регулировочная гайка, 6 –рабочий цилиндр, 7 маховик двигателям, 8 – нажимной диск, 9 – рычаг выключения, 10 – пружина гасителя крутильных колебаний, 11 – прокладки, 12 – центральная коническая пружина, 13 – центральная диафрагменная пружина.

Все виды сцеплений, показанные на рис.9 постоянно замкнутые, сухие, выключение происходит при перемещении выжимного подшипника влево.

Приводы сцепления показаны на рис.10, где а) схема механического привода, б) схема гидравлического привода. Передаточные числа приводов могут быть определены по геометрическим параметрам, приведенным на рисунке. Усилие на педали сцепления Р_пед не должно превышать 150 Н для легковых автомобилей и 250 Н для грузовых при отсутствии усилителя. При этом полный ход педали должен лежать в пределах 120…190 мм, включая свободный ход педали.

Общее передаточное число привода;

U_п = U₁U₂,

Где U₁ - передаточное число педального привода;

U₂ – передаточное число рычагов сцепления.

Для механического привода

U₁ = U₂ = U_n = U₁ U₂ =

Для гидравлического привода

U₁= ; U₂ = U_n =

На рис.11 показан привод сцепления грузового автомобиля КамАЗ с пневматическим усилителем; а - схема, б – конструкция, в- статическая характеристика, 1 – педаль, 2 – главный гидроцилиндр, 3 – гидролиния, 4 – пневмоцилиндр, 5 – клапан сжатого воздуха, 6 – атмосферный клапан, 7 – картер мембранного устройства, 8 – мембрана, 9 – следящий поршень, 10 – рабочий гидроцилиндр выключения сцепления, 11 – шток, I - поступление воздуха из ресивера, II – выход воздуха в атмосферу

В исходном состоянии, когда усилие на педали отсутствует и сцепление включено, клапан 5 закрыт и воздух из ресивера не поступает по каналу 1. При нажатии на педаль возрастает давление жидкости, поршень 9 следящего устройств перемещается влево, мембрана 8 выгибается, преодолевая усилие пружины Р₁, клапан 6 закрывается, а клапан 5 открывается, впуская сжатый воздух из ресивера. Под действием сжатого воздуха (давление Р_в) происходит смещение поршня силового гидроцилиндра вправо против усилия пружины Р₂. Усилие на штоке R₂ определяется формулой:

R₂ = P_в F₄ – P₂,

Где F₄ – площадь поршня цилиндра 4.

Давление жидкости в гидролинии Р_ж, площади главного и рабочего гидроцилиндров F₁, F₅, сила на штоке:

R₁ = Р_жF₅ = Р_пед а F₅/вF₁, а и в – плечи.

Полная сила на штоке:

R = R₁ + R₂ = Р_педаF₅/вF₁ + PF₄ – P₂

Пневматический усилитель обеспечивает следящее действие привода - давление воздуха увеличивается пропорционально росту давления на педаль. Это показано на графике рис.11в.

Рассмотрим подробнее механизм следящего действия усилителя. Если нажимать на педаль с постоянной силой Р_пед, то после открытия клапанов 5 и 6 воздух из ресивера поступает, как было указано выше, в цилиндр 4, а также в полость за мембраной 8. Его давление растет до тех пор, пока клапан 5 и 6 не закроются – наступит положение равновесия – сила давления воздуха слева станет равной силе давления справа. На диафрагму (мембрану) 8 слева действует также сила пружины Р₁. Условие равновесия имеет вид:

Р_вF₃ + P₁ = Р_жF₂

Полное усилие R на педали растет до тех пор, пока не будет достигнуто максимальное давление воздуха, равное давлению в ресивере. Дальнейшее увеличение усилия будет определяться увеличением силы давления на педаль. Усилитель включается при усилии на педали Р_пед.