6.1.2. Назначение, устройство и принцип действия сцепления автомобилей.
Назначение сцепления – разъединять двигатель и коробку передач во время переключения передач и вновь плавно соединять их, не допуская резкого приложения нагрузки, а также обеспечивать плавное трогание автомобиля с места и его остановку без останова двигателя.
При резком торможении без выключения сцепления оно, пробуксовывая, предох-раняет трансмиссию от перегрузок инерционным моментом. Во включенном состоянии сцепление должно надежно соединять двигатель с трансмиссией, не пробуксовывая.
Подавляющее большинство сцеплений, применяемых на отечественных автомо-билях, относится к фрикционным сухим дисковым сцеплениям, в которых используются силы трения сухих поверхностей, т.е. передача крутящего момента осуществляется за счет сил трения между дисками, рабочие поверхности которых должны быть сухими.
По числу ведомых дисков сцепления делят: на одно– и двухдисковые. Однодисковые сцепления получили наибольшее распространение благодаря простоте конструкции, надежности, «чистоте» выключения и плавности включения, а также удобству при эксплуатации и ремонте. Двухдисковые сцепления применяют в тех случаях, когда необходимо передать большой крутящий момент.
Сцепление состоит из:
ведущей части;
ведомой части;
нажимного механизма;
механизма выключения.
Детали ведущей части сцепления воспринимают от маховика крутящий момент двигателя, а детали ведомой части передают этот момент ведущему валу коробки передач.
Нажимной механизм обеспечивает плотное прижатие ведущей и ведомой частей сцепления для создания необходимого момента трения. Сжатие дисков осуществляется пружинами, расположенным по периферии
Механизм выключения служит для управления сцеплением. Привод сцепления может быть:
механическим;
гидравлическим.
Для облегчения выключения сцепления в некоторых конструк-циях применяют пневматический усилитель привода.
В зависимости от характера связи различают следующие сцепления:
фрикционные;
гидравлические;
электромагнитные (порошковые).
Ведущая часть однодискового сцепления (рис. 2, а) имеет маховик 2 с обработанной резанием торцовой поверхностью, нажимной диск 4, кожух 6 сцепления и направляющие пальцы 17.
Рис. 2. Сцепление: а – однодисковое; б – двухдисковое
1 – коленчатый вал двигателя; 2 – маховик; 3 – ведомый диск с фрикционными накладками; 4 – нажимной диск; 5 – картер сцепления; 6 – кожух сцепления; 7 – оттяжной палец; 8 – опора оттяжного рычага; 9 – оттяжной рычаг; 10 – муфта выключения сцепления; 11 – ведущий вал коробки передач; 12 – педаль; 13 – тяга; 14 – вилка выключения; 15 – оттяжная пружина; 16 – нажимная пружина; 17 – направляющий палец; 18 – роликоподшипник; 19 – отжимная пружина промежуточного диска; 20 – регулировочный болт промежуточного диска; 21 – нажимной ведущий диск; 22 – задний ведомый диск; 23 – промежуточный ведущий диск; 24 –передний ведомый диск.
Ведомая часть однодискового сцепления имеет ведомый диск 3 с фрикционными накладками из прессованного асбеста или медно-асбестовой плетенки и ведущий вал 11 коробки передач.
Нажимной механизм образуют нажимные пружины 16, установленные в кожухе.
В состав механизма выключения сцепления входят оттяжные пальцы 7, опоры 8 оттяжных рычагов, оттяжные рычаги 9, муфта 10 выключения сцепления, педаль 12, тяга 13 педали, вилка 14 выключения, оттяжная пружина 15. Все детали сцепления помещены внутри картера маховика и картера 5 сцепления.
При включенном сцеплении крутящий момент от коленчатого вала 1 через маховик 2 и нажимной диск 4 благодаря трению передается зажатому между ними ведомому диску 3, ступица которого имеет шлицевое соединение с ведущим валом 11 коробки передач. Для выключения сцепления нажимают на педаль 12, которая через тягу 13, вилку 14 и муфту 10, а также рычаги 9 и пальцы 7 отводит назад нажимной диск 4. При этом пружины 16 сжимаются и освобождают ведомый диск 3, по обеим сторонам которого образуются зазоры. При плавном отпускании педали 12 пружины 16 возвращают все детали механизма выключения в исходное положение, т. е. пружины 16 постепенно прижимают нажимной диск 4 к ведомому диску 3, а последний – к поверхности маховика 2.
В двухдисковом сцеплении (рис. 2, б) ведущая часть состоит из маховика и двух дисков 21 и 23, а ведомая – из двух дисков 22 и 24. Для обеспечения необходимых зазоров между ведущими и ведомыми дисками в выключенном состоянии (т. е. для «чистоты» выключения) служат отжимная пружина 19 и регулировочный болт 20 промежуточного диска. Нажимные пружины могут быть цилиндрическими или диафрагменными. Цилиндрические пружины равномерно располагают по периферии диска, а диафрагменную пружину устанавливают одну.
Для облегчения управления сцеплением и повышения плавности его включения применяют гидравлический привод. Плавность включения обеспечивают также пружинящие ведомые диски. С одной стороны диска 3 к его секциям прикрепляют накладку 1 (рис. 3, а) пластинчатыми пружинами 2, изогнутыми вперед, а с другой стороны диска 3 устанавливают накладку 9 с помощью таких же пружин, изогнутых назад. Это обеспечивает в свободном состоянии зазор между накладками, равный 1–2 мм. Пружинящие свойства ведомого диска могут быть также усилены установкой под одну из накладок плоских пружин. Уменьшение зазора между накладками в процессе включения сцепления обеспечивает плавность соприкосновения трущихся поверхностей и возрастания силы трения.
Рис. 3. Гаситель крутильных колебаний:
а – детали гасителя; б – нерабочее положение; в – рабочее положение:
1 и 9 – накладки диска; 2 – пластинчатая пружина; 3 – ведомый диск; 4 – фрикционные шайбы; 5 – ступица ведомого диска; 6 – регулировочная шайба; 7 –пружина; 8 – пластина гасителя.
Для предохранения валов трансмиссии от крутильных колебаний ставят гаситель крутильных колебаний (демпфер), увеличивающий плавность включения сцепления и повышающий долговечность деталей трансмиссии (крутящий момент воспринимается диском, который имеет специальное устройство для гашения крутильных колебаний на коленчатом валу и валах трансмиссии).
Пружины 7 гасителя крутильных колебаний обеспечивают упругую связь ведомого диска 3 сцепления с его ступицей 5. Подбором шайб 6 регулируют силу сжатия ведомого диска 3, пластины 8 гасителя, ступицы 5 и фрикционных (паронитовых) шайб 4.
При отсутствии передачи крутящего момента вырезы фланца ступицы 5 (рис. 3, 6) и ведомого диска 3, в которых расположены пружины 7, совпадают. Передача крутящего момента (рис. 3, в) от диска 3 к ступице 5 осуществляется с помощью пружины 7. При этом диск 3 проворачивается на некоторый угол по отношению к фланцу ступицы 5, и в дисках гасителя возникает трение. Предельное угловое смещение дисков ограничено размером вырезов во фланце ступицы 5 под упорные пальцы, соединяющие диск 3 и пластину 8. Все вращающиеся части сцепления балансируют.
На автомобиле ЗиЛ-131 установлено постоянно замкнутое, фрикционное, однодисковое сцепление с периферийным расположением пружин, с гасителем крутильных колебаний (демпфером пружинно-фрикционного типа) и механическим приводом.
Постоянно замкнутым называется такое сцепление, в котором ведущие и ведомые детали постоянно находятся во включенном (прижатом, замкнутом) состоянии.
Сцепление состоит:
Ведущие детали:
маховик;
кожух сцепления;
нажимной диск;
четыре пары пружинных пластин.
Стальной кожух закреплен на маховике коленчатого вала восемью центрирующими специальными болтами. Нажимной чугунный диск размещен в кожухе и соединяется с ним четырьмя парами пружинных пластин, один конец которых заклепками соединен с кожухом, а другой болтами с упорными втулками, с нажимным диском. Через пластины вращение от кожуха передается на диск, в то же время диск может перемещаться в основном направлении. Между кожухом и нажимным диском установлено 16 нажимных пружин. Пружины центрируются на нажимном диске выступами и опираются на него через теплоизолирующие шайбы.
Ведомые детали:
ведомый диск, состоящий из:
ступицы;
стального диска;
двух фрикционных накладок;
демпферного устройства:
два диска с окнами;
восемь пружин с опорными пластинами;
фрикционные накладки.
Фрикционные накладки ведомого диска заклепками приклепаны к стальному разрезному диску, который в свою очередь соединен со ступицей. Пружины гасителя крутильных колебаний (демпфера) установлены в прямоугольных вырезах ведомого диска и дисках демпфера. Между ведомым диском сцепления и дисками демпфера установлены стальные фрикционные пластины, приклепанные вместе с кольцом к ведомому диску. При резком изменении крутящего момента, вызывающим крутильные колебания, ведомый диск поворачивается на некоторый угол относительно ступицы и пружины сжимаются. При этом происходит трение между ведомым диском и фрикционными накладками демпфера, поглощающее энергию крутильных колебаний. Ведомый диск сбалансирован. Балансировку осуществляют установкой балансировочных пластин.
Механизм выключения и привод обеспечивают кратковременное разъединение двигателя с трансмиссией, состоят из:
четырех рычагов выключения;
муфты выключения с упорным подшипником;
вилки выключения с рычагом;
тяги с пружиной и рычагом;
рычага с педалью и оттяжной пружиной.
Рычаги выключения при помощи осей и игольчатых подшипников закрепляются в приливах нажимного диска, а к рычагу также крепится вилка. Вилки присоединены к кожуху регулировочными гайками, имеющими опорную сферическую поверхность. Гайки прижимаются к кожуху пластинами. Благодаря сферической поверхности гаек вилки могут качаться, что необходимо при действии рычагов. Против внутренних концов рычагов выключения на втулке установлена муфта выключения с упорным подшипником.
Втулка муфты выполнена заодно с фланцем и крепится к картеру коробки передач. Муфта выключения в исходное положение возвращается оттяжной пружиной. Сцепление вместе с маховиком заключено в общий чугунный литой кожух, который крепится к картеру двигателя. При нажатии на педаль, усилие передается (через рычаги и тягу) на вилку выключения, при повороте которой перемещается муфта с упорным подшипником. Обойма упорного подшипника, нажимая на концы рычагов выключения перемещает нажимной диск при этом пружины сжимаются, а ведомый диск освобождается, связь двигателя и трансмиссии прекращается.
На автомобиле КамАЗ-4310 сцепление (особенности устройства) фрикционное двухдисковое, с автоматической регулировкой положения диска. Привод сцепления дистанционный, гидравлический с пневмогидроусилителем.
Состоит (дополнительно):
ведущие детали: средний ведущий диск;
ведомые детали: два ведомых диска;
нажимное устройство: 12 периферийно расположенных цилиндрических пружин;
механизма выключения: упорное кольцо с пружиной, муфты выключения с подшипником;
механизма управления сцеплением: педали сцепления с оттяжной пружиной, главного цилиндра, пневмогидравлического усилителя, трубопроводов и шлангов для подвода воздуха и шлангов.
Кожух сцепления крепится к маховику двенадцатью болтами. На маховике имеется две установочные втулки.
Средний ведущий диск отлит из серого чугуна, установлен в пазах маховика на четырех шинах. В теле диска выполнены окна и ребра для обеспечения вентиляции, лучшего отвода тепла и снижения веса. В шипах размещен рычажный механизм, который автоматически регулирует положение среднего диска при выключении сцепления с целью обеспечения частоты выключения.
Состоит из:
оси;
отжимного рычага;
пружины.
Ось отжимного рычага установлена на резьбе в отверстии паза шипа и от проворачивания фиксируется заклепкой. Пружина рычага установлена таким образом, что один отогнутый ее конец упирается в плоскость паза, а другой в отверстие рычага. Пружина постоянно стремится повернуть рычаг, который одной лапкой упирается в сухарь, запресованный в маховик, а другой - в специально заклепанное место на нажимном диске и переместить диск в среднее положение. При включенном сцеплении нажимных пружин значительно больше, чем усилие пружин отжимных рычагов, и диск плотно прилегает к фрикционным накладкам ведомых дисков. При выключении сцепления нажимной диск отходит от среднего, который в свою очередь, упираясь лапками рычагов в маховик и нажимной диск, под действием пружин занимает среднее положение, обеспечивая при этом чистоту выключения.
Нажимной диск отлит из серого чугуна, так же как и средний ведущий установлен в пазах маховика на четырех шипах. Имеет с одной стороны приливы для соединения с рычагами выключения и двенадцать бобышек для установки пружин. Бобышки расположены группами по три штуки в каждой через 90о по окружности. В средней бобышке каждой группы выполнено резьбовое отверстие для установки стяжных болтов, которые устанавливаются при монтаже и демонтаже нажимного диска с кожухом в сборе.
Ведомый диск отлит из серого чугуна, так же как и средний ведущий установлен в пазах маховика на четырех шипах. Имеет с одной стороны приливы для соединения с рычагами выключения и двенадцать бобышек для установки пружин. Бобышки расположены группами по три штуки в каждой через 90о по окружности. В средней бобышке каждой группы выполнено резьбовое отверстие для установки стяжных болтов, которые устанавливаются при монтаже и демонтаже нажимного диска с кожухом в сборе.
Ведомый диск по устройству аналогичен ведомому диску сцепления ЗиЛ-131, за исключением некоторых конструктивных особенностей демпфера.
В средней части с обоих сторон диска приклепаны два демпферных кольца.
К ступице с обеих сторон ведомого диска приклепаны диск демпфера и обойма с установленными пружинами. Пружины демпфера обеспечивают снижение частоты крутильных колебаний, а фрикционная пара: диск демпфера - кольцо демпфера - обеспечивает гашение низкочастотных колебаний.
Механизм выключения сцепления.
Муфта выключения с радиально-упорным подшипником, действует на рычаги выключения через упорное кольцо. При отпущенной педали нажимной диск под действием пружин с суммарным усилителем 1050-1220 кгс прижимает ведомые диски к поверхностям трения среднего ведущего диска и маховика. Рычаг механизма автоматической регулировки положения среднего диска упирается своими лапками в нажимной диск и маховик поворачивается и закручивает пружину рычага. Упорное кольцо под действием пружины отходит от муфты выключения на величину зазора равного 3,2 - 4,0 мм, обеспечивая тем самым полноту включения сцепления. Крутящий момент развиваемый двигателем передается через сцепление к агрегатам трансмиссии.
Привод выключения сцепления.
Гидравлический привод выключения сцепления предназначен для дистанционного управления сцеплением.
Педаль сцепления - верхнего расположения, повешена на кронштейне, закреп-ленном на передней панели. Ход педали ограничивается двумя винтами. Педаль оттяжной пружиной прижимается к верхнему ограничителю. К ступице педали приварен рычаг, в отверстие которого устанавливается эксцентриковый палец.
Главный цилиндр гидропровода установлен на кронштейне педали сцепления и состоит из:
корпуса;
толкателя;
поршня с манжетой
пружины;
пробки.
В корпусе образованы две полости разделенные перегородкой. Верхняя - для заправки и хранения запаса рабочей жидкости, закрытое защитным чехлом. Нижняя выполняет функцию рабочей полости, с нижней стороны закрывается пробкой с резьбовым отверстием для штуцера трубопровода. При отпущенной педали толкатель, связанный через эксцентриковый палец с рычагом педали, находится в верхнем положении. Между поршнем и толкателем имеется зазор и полости через отверстие в поршне сообщаются между собой. При нажатии на педаль толкатель закрывает отверстие в поршне, перемещает его, сжимая пружину. Рабочая жидкость под давлением подается к входному отверстию пневмогидроусилителя. При отпускании педали поршень под действием давления в гидросистеме и пружины возвращается в исходное положение.
Пневмогидравлический усилитель служит для уменьшения усилия, приложенного водителем на педаль сцепления. Установлен на картере сцепления с правой стороны и состоит из:
переднего корпуса;
заднего корпуса;
поршня выключения сцепления с толкателем;
пневматического поршня с пружиной;
следящего поршня;
диафрагмы редуктора с седлом и пружиной;
клапанов редуктора с пружиной (впускного и выпускного);
крышки подвода воздуха с седлом впускного клапана.
Передний и задний корпуса через уплотнительную прокладку, роль которой выполняет диафрагма, пятью болтами соединенными между собой. Полость клапана редуктора и надпоршневое пространство пневматического поршня соединены между собой каналом. Полость поршня следящего действия и полость поршня включения сцепления также соединены между собой каналом. В исходном положении (сцепление включено). Рычаг вилки выключения сцепления действуя на сферическую гайку толкателя посредством пружины прижимает его к поршню, который в свою очередь, штоком упирается в пяту пневматического поршня. Пружина разжата поршень находится в крайнем положении. Следующий поршень под действием пружины диафрагмы прижат к стенке заднего корпуса. Выпускной клапан открыт, впускной закрыт. Надпоршневое пространство пневматического поршня через канал и отверстие в седле выпускного клапана сообщено с атмосферным отверстием. При нажатии на педаль сцепления рабочая жидкость под давлением поступает в полость цилиндра поршня выключения сцепления и далее по каналу к следующему поршню. Следующий поршень начинает перемещаться, сжимая при этом пружину диафрагмы и перемещая седло выпускного клапана. Выпускной клапан закрывается и открывается впускной. Сжатый воздух из системы поступает в надпоршневое пространство, действует на поршень. Поршень перемещается, сжимает пружину и действуя на шток поршня совместно с давлением рабочей жидкости обеспечивает выключение сцепления. Часть сжатого воздуха через сверление в переднем корпусе подводится в полость диафрагмы. Следящий поршень оказывается под действием двух сил направленных навстречу. Усилие рабочей жидкости с одной стороны и усилие сжатого воздуха с другой. Одно стремиться переместить поршень и открыть впускной клапан, а другое усилие пружины и сжатого воздуха на диафрагму стремиться вернуть поршень в исходное положение. При увеличении давления рабочей жидкости увеличивается и давление на диафрагму, чем обеспечивается чувство сопротивления и следящее действие пневмогидроусилителя. При отпускании педали давление рабочей жидкости падает и детали усилителя возвращаются в исходное положение. Усилитель обеспечивает усилие на педали сцепления до 20 кгс, а при отсутствии воздуха в пневмосистеме или неисправном усилителе усилие на педали сцепления достигает 60 кгс.