3 Требования к сцеплению

К сцеплениям предъявляются следующие основные требования:

• надежная передача крутящего момента в течении длительного времени от двигателя к трансмиссии;

• надежность выключения;

• плавность и полнота включения;

• малый момент инерции ведомых деталей;

• хороший отвод тепла от поверхностей трения;

• уравновешенность осевых усилий во включенном состоянии;

• предохранение трансмиссии от динамических нагрузок;

• поддержание нажимного усилия в заданных пределах в процессе эксплуатации;

• минимальные затраты физических усилий на управление.

Кроме того, к сцеплению, как и ко всем механизмам автомобиля, предъявляют такие общие требования: обеспечение минимальных размеров и массы, простота установки и обслуживания, технологичность, ремонтопригодность, низкий уровень шума, информативность.

4 Определение параметров сцепления

На большинстве автомобилей устанавливают постоянно замкнутые сцепления, т.е. постоянно включенные и выключаемые водителем при начале движения автомобиля, переключении передач и торможении. Постоянно разомкнутые сцепления, выключенные при малой угловой скорости коленчатого вала двигателя и автоматически включающиеся при ее увеличении, применяются сравнительно редко, главным образом при автоматическом управлении.

На легковых автомобилях и грузовых автомобилях малой и средней грузоподъемности устанавливаются однодисковые, сухие, постоянно замкнутые сцепления. Двухдисковые сцепления применяют для грузовых автомобилей повышенной грузоподъемности (КамАЗ, КрАЗ, МАЗ и т.д.). Многодисковые сцепления применяют крайне редко и только на автомобилях большой грузоподъемности.

4.1 Параметры дисков

Расчетный момент

, Нм, (1) [4]

где – максимальный свободный крутящий момент двигателя, Нм;

–коэффициент запаса сцепления, (таблица 1).

Величина коэффициента меняется в зависимости от размеров, коэффициента трущейся пары, числа пар трения и силы давления нажимных пружин, а также величины крутящего момента двигателя. Минимальное значениеотмечено при максимальном значении крутящего момента двигателя.

Если коэффициент мал, то при включении сцепления буксование будет значительным, что может вызвать перегрев трущихся пар. При высоких значениях коэффициентавозрастает усилие на педаль и, в случае быстрого включения сцепления, возникают дополнительные нагрузки в трансмиссии. Повышенные нагрузки могут вызвать поломку деталей трансмиссии.

Таблица 1 Коэффициент запаса сцепления

Марка автомобиля	Тип сцепления	Коэффициент
ВАЗ-1111 (ГАЗ-53А), ГАЗ-3307 ГАЗ-66 (ЗИЛ-130), ЗИЛ-4333 УРАЛ КрАЗ	однодисковое однодисковое однодисковое однодисковое двухдисковое двухдисковое	1,3 1,5 2,15 2,1 2,7 2,14
КамАЗ	двухдисковое	2,0

Согласно ГОСТ 1786-80 коэффициент запаса выбирается в зависимости от крутящего момента двигателя (таблица 2)

Таблица 2

Максимальный крутящий момент двигателя , Нм	Коэффициент , не менее
100 … 260	1,75
280 … 600	2,20
700 … 1600	2,50

Число пар трущихся поверхностей

, (2)[ 4 ]

где – расчетный момент, Нм;

–коэффициент трения, (таблица 3);

–допустимое давление нажимного механизма, КПа (таблица 3);

–ширина трущейся поверхности, м;

–средний радиус трущихся поверхностей, м;

–коэффициент, учитывающий уменьшение площади трущихся поверхностей из-за канавок.

Таблица 3

Материалы трущейся пары		P, кПа
Сталь по стали	0,15 … 0,18	200 … 150
Чугун по стали	0,25	250 … 300
Пластмасса по стали	0,30 … 0,40	до 500
Асбокаучук по стали	0,40 … 0,50	до 400

В таблице 3 указаны фрикционные материалы, применяемые в качестве пар трения в сцеплениях, работающих всухую, и соответствующие им давление Р и коэффициент трения . Необходимо помнить, что величинаизменяется в зависимости от температуры, давления и скорости скольжения трущихся поверхностей. Для практических расчетов принимают средние значения, которые даны в таблице 3.

Ведутся работы по созданию новых фрикционных материалов, для которых .

Средний радиус трения равен

, м, (3) [ 5 ]

где – наружный диаметр ведомого диска, м;

–внутренний диаметр ведомого диска, м.

Наружный и внутреннийдиаметры ведомых дисков, исходя из которых выбирают, задаются ГОСТом. В таблице 4 приведены значенияисцеплений различных автомобилей.

Таблица 4 Размеры ведомых дисков, в миллиметрах

Вид сцепления
Однодисковые: ВАЗ – 1111	160	110
ВАЗ – 2108	190	130
АЗЛК – 2141	203	145
ГАЗ – 3102	225	150
(ГАЗ – 53А), ГАЗ-3307	300	164
ЗИЛ – 431410	342	186
МАГИРУС – 290	420	210
ТАТРА – 13881	350	195
ИКАРУС – 260	420	220
Двухдисковые: КамАЗ – 5320	350	200
МАЗ – 5335	400	220

Наружный диаметр D для однодискового сцепления при необходимости определяется по формуле

, м, (4) [ 5 ]

где – коэффициент, учитывающий степень эксплуатационной загрузки фрикциона; для легковых автомобилей; для грузовых; для тягачей, автобусов и самосвалов.

Если по этой формуле D получается больше 350…360 мм, то следует переходить на многодисковое сцепление, кроме того, величина D согласуется с размерами маховика двигателя или назначается из условий компоновки.

Ведомый диск определяет конструкцию сцепления и выбирается в соответствии с ГОСТ 12238-76 по двум параметрам: максимальному крутящему моменту двигателя и максимальной частоте вращения коленчатого вала (к.в.) двигателя (таблица 5)

Таблица 5

Наружный диаметр ведомого диска, мм	Крутящий момент двигателей не более, Нм, со сцеплением		Частота вращения к.в. не более, с ^-1
	однодисковым	двухдисковым
180	88	–	133,5
200	142	–	133,5
215	186	–	133,5
240	235	–	117,0
250	201	–	83,3
280	255	–	75,0
300	353	–	75,0
325	372	–	75,0
340	402	465	66,6
350	441	800	66,6
380	490	930	58,4
400	685	1080	50,0
420	1080	1420	50,0

Ширина трущихся поверхностей

, мм (5) [ 5 ]

где – наружный радиус фрикционного кольца,;

–коэффициент ширины трущихся поверхностей, – для стальных дисков,– для дисков с обшивкой одно- и двухдисковых фрикционов.

Число пар трения , где– число ведомых дисков.

Толщина фрикционных накладок (колец) назначается из ряда 2,5; 3,0; 3,5; 4,0; 4,5; 5,0; 5,5; 6,0 мм.

Накладки сцепления для автомобилей изготавливаются из фрикционных асбестовых материалов. К накладкам предъявляются ряд требований: высокий коэффициент трения, мало изменяющийся от температуры, давления, скорости буксования (по ГОСТ 1786-88 в зависимости от материала ); высокие износоустойчивость и прочность [накладки должны выдерживать без разрыва угловую скорость, в два раза превышающую максимальную угловую скорость вращения коленчатого вала (к.в.) двигателя]; плавное, пропорциональное нажимному усилию, нарастание силы трения; достаточная термостойкость и теплопроводность. При этом конструкция сцепления должна быть такой, чтобы обеспечить хороший теплоотвод. Температура накладок не должна превосходить при длительной работе 200⁰С, при кратковременной 350⁰С.

Фрикционные накладки выполняют формованными, спиральнонавитыми и тканными. Формованные накладки устанавливают на большинство грузовых автомобилей (примерный состав: асбест в виде коротких волокон – 40%, наполнители: графит, медь, латунь, бронза, алюминий, цинк (в виде порошка, стружки или проволоки) – 30…40%, связующие: формальдегидные смолы и их модификации, синтетические каучуки, а также комбинации смол и каучуков – 20…30%. Навитые накладки применяют главным образом на легковых автомобилях ЗАЗ, ВАЗ, АЗЛК (примерный состав: асбест в виде шнура – 50%, проволока – 10%, хлопок – 10%, наполнители – 5…10%, связующие – 20%). Использование тканых накладок как на легковых, так и на грузовых автомобилях сравнительно редко.

Металлокерамические и спеченные керамические накладки в автомобильных сцеплениях почти не применяются, хотя они обеспечивают высокий коэффициент трения, обладают хорошей износостойкостью и теплопроводностью. Однако их большая масса обуславливает повышение момента инерции ведомого диска, а их абразивные свойства таковы, что изнашивание маховика и нажимных дисков интенсифицируется. Такие накладки широко применяют в фрикционных муфтах гидромеханических коробок передач.

Накладки сцеплений для автомобилей имеют рекомендованные размеры согласно ГОСТ 1786–74 (таблица 6).

Таблица 6 Накладки сцеплений

Наружный диаметр, , мм	Внутренний диаметр, , мм	Толщина, мм
180	100,120,125	2.5;3.0;3.5;4.0;4.5
200	120,130,140,	2.5;3.0;3.5;4.0;4.5
215	140,150,160	2.5;3.0;3.5;4.0;4.5
240	160,180	2.5;3.0;3.5;4.0;4.5
250	155,180	2.5;3.0;3.5;4.0;4.5
280	165,180,200	2.5;3.0;3.5;4.0;4.5
300	165,175,200	2.5;3.0;3.5;4.0;4.5
325	185,200,220,230	3.5;4.0;4.5;5.0;6.0
340	185,195,210	3.5;4.0;4.5;5.0;6.0
350	195,200,210,240,290	3.5;4.0;4.5;5.0;6.0
380	200,220,230	4.0;4.5;4.7;5.0;6.0
400	220,240,280	4.0;4.5;4.7;5.0;6.0
420	220,240,280	4.0;4.5;5.0;6.0

Если фрикционные накладки выполняются в виде отдельных секторов, расположенных с зазорами для вентиляции и удаления продуктов износа, то для учета уменьшения площади фрикционного кольца вводится коэффициент . Однако влияние радиальных канавок при работе всухую незначительно, поэтому в проектировочных расчетах принимают обычно.

Рассчитанное по формуле (2) число пар трущихся поверхностей необходимо округлить до целого числа (для однодискового сцепления, для двухдискового). После этого проводится уточненное определение действительного давления нажимного устройства (механизма):

, Па (6) [5]

Суммарное усилие нажимного устройства (пружин)

, Н (7) [5]

Число нажимных пружин , расположенных периферийно, назначается из конструктивных соображений. В автомобилях малой и средней грузоподъемности нагрузка на одну пружину обычно составляет 600…700 Н, а в автомобилях большой грузоподъемности – до 1000 Н.

Пружины сцепления изготовляют из стальной проволоки 65Г, 85Г. Термообработка – закалка в масле с последующим отпуском. Твердость по Роквеллу HRC 38…45.

Некоторые параметры цилиндрических нажимных пружин приведены в таблице 7 и таблице 8.

Таблица 7 Параметры цилиндрических нажимных пружин

Наружный диаметр фрикционного кольца, мм	Число нажимных пружин	Число рычагов выключения	Наружный диаметр нажимных пружин, мм
До 200	6	3	27…32
200…280	9…12	3
280…380	12…18	4
380…450	18…30	4

Величина дополнительного сжатия нажимных пружин при выключенном сцеплении равна ходу нажимного ведущего диска .

, (8) [5]

где – зазор между трущимися поверхностями при выключенном сцеплении;мм – для однодисковых сцеплений;мм – для двухдисковых;

Таблица 8 Параметры нажимных цилиндрических пружин

Модель автомобиля, ДВС	Количество витков нажимной пружины		Высота, мм в состоянии		Проволока
	рабочее	полное	свободном	сжатом
(ЗИЛ-130) ЗИЛ-4333	6,5	8	75	40	Кл. 1-5 ГОСТ 9389-75
КАМАЗ	7,5	9,5	102	58	51ХФА-5,5 ГОСТ 14933-78
(ГАЗ 53) ГАЗ-3307	7	9	63,5	37	Кл. II-4,2 ГОСТ 9398-75
ЯМЗ-236	8	10	84	57	65 ГА-5 ГОСТ 1071-67
ЯМЗ-238	9	11	88	56	68ГА-4,5 ГОСТ 1071-67

Кожух нажимного механизма сцепления изготовляют из малоуглеродистой стали, методом глубокой вытяжки.