Устройство автомобилей




Ступенчатые трансмиссии


Сцепление




Сцепление является элементом трансмиссии, непосредственно передающим крутящий момент от двигателя к последующим элементам трансмиссии посредством сил трения. Как правило, конструкция сцепления предусматривает кратковременное разъединение трансмиссии от двигателя.

классификация и устройство сцепления

Крутящий момент, принимаемый от двигателя, в сцеплении не преобразуется, но при проскальзывании ведущих и ведомых элементов происходят потери энергии двигателя на трение и нагрев деталей сцепления, т. е. снижается общий КПД трансмиссии.

В механической трансмиссии сцепление обеспечивает плавное трогание автомобиля, безударное переключение передач, предотвращает воздействие на двигатель и на трансмиссию больших динамических нагрузок, возникающих при резком изменении частоты вращения коленчатого вала двигателя или ведущих колес автомобиля.
Гаситель крутильных колебаний, присутствующий в конструкции современных сцеплений, препятствует появлению ударных и вибрационных нагрузок при работе двигателя и трансмиссии автомобиля.

***

Классификация сцеплений

По характеру работы различают постоянно замкнутые и постоянно разомкнутые сцепления.
Постоянно разомкнутые сцепления осуществляют связь между двигателем и трансмиссией только после достижения коленчатым валом двигателя определенной частоты вращения. Обычно включение таких сцеплений осуществляется посредством специального механизма, использующего силы инерции, возникающие при вращении деталей (см. далее центробежные сцепления).

Наиболее широкое применение в автомобильной трансмиссии нашли постоянно замкнутые сцепления, в которых при нормальном положении элементов осуществляется жесткая связь двигателя с трансмиссией.

По характеру связи между ведущими и ведомыми элементами различают следующие типы сцеплений:

  • фрикционные, передающие крутящий момент во включенном состоянии за счет сил трения;
  • гидравлические (гидромуфты), в которых для осуществления связи двигателя с трансмиссией используется кинетическая энергия жидкости (рис. 1, а);
  • электромагнитные, работающие на принципе магнитного взаимодействия ведущих и ведомых элементов (рис. 1, б), в том числе порошковые, в которых используется сила трения, возникающая при движении порошка железа (ферронаполнителя) в магнитном поле.
назначение и классификация сцеплений

Гидромуфта является разновидностью гидротрансформатора, однако она не имеет реакторного колеса, поэтому не способна увеличивать крутящий момент, принимаемый от двигателя, а лишь передает его от ведущего элемента к ведомому, при этом может трансформировать крутящий момент от нуля до максимума. Степень трансформации зависит от количества и качества масла в гидромуфте, а также от частоты вращения насосного колеса (коленчатого вала двигателя).
Гидромуфты имеют невысокий КПД – потери мощности из-за проскальзывания колес муфты при передаче максимальной мощности могут достигать 3% и даже более. Включение и выключение гидромуфты осуществляется посредством наполнения или слива масла из рабочего объема, и, поскольку этот процесс требует времени, а турбинное колесо имеет значительную инертность, чистоту и скорость выключения и включения сцепления обеспечить невозможно.
Инертность работы гидромуфты приводит к динамическим нагрузкам на трансмиссию и двигатель при переключении передач, поэтому гидромуфты обычно используют в комбинации с фрикционным сцеплением.

В электромагнитном сцеплении ток, подводимый к электромагниту, создает магнитное поле, которое заставляет его перемещаться в сторону якоря. При этом создается усилие на нажимном диске, которое тем больше, чем больше угловая скорость вращения коленчатого вала двигателя.
При переключении передач электромагнит обесточивается специальным контактором и сцепление выключается. Из электромагнитных сцеплений наиболее часто используются порошковые, так как в них силовое взаимодействие деталей значительно выше, но и они не получили широкого распространения на автомобилях.

По числу ведомых дисков фрикционные сцепления могут быть однодисковыми (рис. 2, а), двухдисковыми (рис. 2, б) или многодисковыми (с числом ведомых дисков более двух). Многодисковые сцепления применяются очень редко, когда необходимо передать очень большой крутящий момент, например, на большегрузных автомобилях.

По состоянию поверхностей трения различают сухое сцепление, у которого для создания сил трения используется сухое трение между ведущими и ведомыми элементами, и мокрое сцепление, когда для создания сил трения ведущие и ведомые диски погружены в жидкость.

типы сцеплений

Автомобили марок «ВАЗ», «ЗИЛ», «ГАЗ», оснащены сухими однодисковыми сцеплениями, а автомобили марок «Урал» и «КамАЗ» - сухими двухдисковыми сцеплениями. В планетарных коробках передач в качестве блокировочных фрикционов или тормозных фрикционов используют многодисковые мокрые сцепления.

По способу создания нажимного усилия различают:

  • центробежные сцепления, в которых прижатие ведущих и ведомых элементов осуществляется за счет центробежных сил (рис. 3, а);
  • сцепления с центральной пружиной, в которых прижатие ведущих и ведомых элементов осуществляется одной или несколькими винтовыми пружинами, расположенными концентрично оси вращения сцепления (рис. 3, б);
  • сцепления с мембранной пружиной, в которых прижатие ведомых и ведущих дисков осуществляется посредством тарельчатой пружины специальной формы (рис. 3, в);
  • сцепления с периферийными пружинами, в которых прижатие ведомых и ведущих элементов осуществляется посредством цилиндрических пружин, расположенных по перефирии (рис. 2).

Центробежные сцепления устанавливались ранее на некоторых зарубежных грузовых автомобилях и ряде отечественных автомобилей. В них нажимное усилие создается за счет центробежных сил, образуемых при вращении грузиков.
Центробежные сцепления являются нормально разомкнутыми, т. е. при малой частоте вращения вала двигателя или при неработающем двигателе такое сцепление выключено (связь между двигателем и трансмиссией прерывается).

Сцепление с центральной цилиндрической пружиной использовалось в автомобилях марки «Татра».





Сцепление с центральной конической пружиной благодаря конструкции нажимного механизма может передавать достаточно большой крутящий момент при небольших габаритных размерах. Усилие пружины передается нажимному диску через рычаги, обеспечивая его равномерное прижатие к ведомым элементам. Поскольку нажимная пружина не соприкасается с нажимным диском, она меньше нагревается и дольше сохраняет упругость.
Сцепление с центральной конической пружиной используется на некоторых марках грузовых автомобилей.

Сцепление с мембранной пружиной применяется на легковых автомобилях и грузовых автомобилях малой грузоподъемности.

устройство и работа сцепления

По типу привода различают сцепления с механическим и гидравлическим приводами. Механический привод содержит только механические элементы. В гидравлическом приводе усилие передается с помощью гидравлической системы.

По наличию и типу усилителей привода различают сцепления:

  • с пружинным усилителем (сервопружиной);
  • с пневматическим усилителем, работающим с использованием сжатого воздуха;
  • с вакуумным усилителем, использующим для работы разрежение во впускном трубопроводе двигателя;
  • с гидравлическим усилителем, использующим для работы жидкость под давлением.

***

Требования, предъявляемые к сцеплению

С учетом условий работы, места в схеме передачи энергии трансмиссией автомобиля к сцеплению предъявляются следующие требования:

  • надежная передача крутящего момента от двигателя к коробке передач – обеспечивается необходимым запасом момента сцепления (момента трения) на всех режимах работы двигателя, сохранением нажимного усилия в необходимых пределах в процессе эксплуатации;

  • полнота включения, т. е. отсутствие пробуксовывания ведущих и ведомых элементов сцепления, обеспечивающая надежную передачу крутящего момента двигателя, - достигается в эксплуатации наличием зазора в механизме выключения и недопущения попадания смазочного материала на трущиеся поверхности;

  • полнота («чистота») выключения, обеспечивающая полное разъединение двигателя и трансмиссии, - достигается заданной величиной рабочего хода подшипника выключения и соответственно рабочим ходом педали сцепления;

  • плавное включение, обеспечивающее заданную интенсивность трогания автомобиля с места или после включения передачи, - достигается конструкцией сцепления, его привода и темпом отпускания педали сцепления водителем;

  • предохранение трансмиссии и двигателя от перегрузок и динамических нагрузок – достигается оптимальной величиной запаса момента сцепления, установкой на нем гасителя крутильных колебаний, специальными мероприятиями в конструкции ведомых элементов;

  • малый момент инерции ведомых деталей сцепления, снижающий ударные нагрузки на зубья колес при переключении передач;

  • обеспечение нормального теплового режима работы и высокой износостойкости за счет интенсивного отвода теплоты с поверхностей трения и применением качественных фрикционных материалов;

  • хорошая уравновешенность с целью исключения «биений» и соответственно динамических нагрузок при работе сцепления;

  • экономичность и технологичность: малые габариты, масса, низкая стоимость, простота конструкции и удобство технического обслуживания;

  • легкость и удобство управления, возможность автоматизации процессов включения и выключения.

Фрикционные одно- и двухдисковые сцепления наиболее полно отвечают указанным требованиям и из-за простоты конструкции получили наибольшее распространение.

***

Фрикционные сцепления