Тема 2. Сцепление автомобиля

Тема 2. СЦЕПЛЕНИЕ АВТОМОБИЛЯ

Назначение и классификация сцеплений автомобилей

Сцеплением называется механизм трансмиссии, передающий крутящий момент от двигателя к коробке передач за счет силы трения. Также оно позволяет кратковременно отсоединить двигатель от трансмиссии и вновь их плавно соединить.

Сцепление предназначено для кратковременного разобщения коленчатого вала двигателя от трансмиссии и последующего их плавного соединения, необходимого при трогании автомобиля с места и после переключения передач во время движения. Сцепления также предохраняют детали двигателя и трансмиссию от динамических нагрузок и демпфируют крутильные колебания.

Сцепление различают по следующим признакам: по виду трения, числу ведомых дисков, типу и расположению нажимных пружин, способу управления сцеплением, режиму включения.

 

По виду трения сцепление бывают сухие и работающее в масле (мокрые).

По числу ведомых дисков - одно -, двух - и многодисковые.

По типу и расположению нажимных пружин - с расположением пружин по периферии нажимного диска и с центральной диафрагменной пружинной.

По способу управления - с механическим, гидравлическим или электрическим управлением; с устройством, облегчающим усилие управления (сервоустройством), или без него.

По режиму включения - постоянно замкнутые и непостоянно замкнутые.

В сухих сцеплениях вращающий момент от двигателя передается трансмиссии за счет сухого трения, возникающего между ведущими и ведомыми дисками. В сцеплениях, работающих в масле, энергия передается также силами трения при прижатии ведущих и ведомых элементов, смачиваемых маслом.

В электромагнитных сцеплениях энергия передается действием электромагнитных сил, создаваемых между ведущими и ведомыми элементами сцепления.

В электромагнитных порошковых сцеплениях пространство между ведущими и ведомыми дисками заполнено жидкой или сухой ферромагнитной смесью (мелкий железный порошок). На одном из дисков установлена обмотка возбуждения, в которую при включении сцепления подается ток. Железный порошок намагничивается, вязкость его сильно возрастает, и вращающий момент передается с ведущего вала на ведомый.

Однодисковые сцепления применяют на легковых и грузовых автомобилях, когда передаваемый вращающий момент не выше 0,7... 0,8кНм. Двухдисковые сцепления используют при передаче большого вращающего момента и ограниченных габаритных размерах картера сцепления.

В постоянно - замкнутых сцеплениях ведущие и ведомые элементы соединены постоянно независимо от воздействия на педаль управления сцеплением. Непостоянно замкнутые сцепления могут быть выключены на продолжительное время.

На отечественных автомобилях применяют в основном фрикционные одно - или двухдисковые постоянно замкнутые сцепления сухого трения. Они состоят из ведущих и ведомых элементов и механизма управления.

Ведущие детали сцеплений - маховик и нажимные диски.

Ведомые детали - ведомый диск и вал сцепления.

Механизм управления создан для включения и выключения сцепления. Механический привод состоит из педали, находящейся в кабине водителя, тяг или троса, рычагов и выжимного подшипника, воздействующего на отжимные рычаги. В гидравлическом приводе усилие от педали передается выжимному подшипнику посредством давления жидкости. Гидравлический привод позволяет дистанционно управлять сцеплением, обеспечивает плавность включения сцепления. Пневматический привод используют обычно на грузовых машинах, оборудованных пневмокомпрессорами, и там, где усилие выключения достаточно высоко.

Функции сцепления

Муфта сцепления устанавливается между двигателем и коробкой передач и является одним из наиболее нагруженных элементов трансмиссии.

Она выполняет следующие основные функции:

§ Плавное разъединение и соединение двигателя и коробки передач

§ Передача крутящего момента без проскальзывания (без потерь)

§ Компенсация вибраций и нагрузок от неравномерности работы двигателя

§ Снижение нагрузок на элементы двигателя и трансмиссии

Элементы муфты сцепления

Рисунок 1 - Конструкция муфты сцепления

Стандартная муфта сцепления, применяющаяся на большинстве автомобилей с механической коробкой передач, включает следующие основные элементы:

§ Маховик двигателя — ведущий диск

§ Ведомый диск сцепления

§ Корзина сцепления — нажимной диск

§ Выжимной подшипник сцепления

§ Муфта выключения сцепления

§ Вилка сцепления

§ Привод сцепления

На ведомый диск сцепления с обеих сторон установлены фрикционные накладки. Его функция — передача крутящего момента за счет силы трения. Встроенный в корпус диска пружинный демпфер крутильных колебаний смягчает соединение с маховиком и гасит вибрации и нагрузки от неравномерности работы двигателя.

Рисунок 2 - Схема расположения диска сцепления, корзины и выжимного подшипника с муфтой выключения

 

Нажимной диск и диафрагменная пружина, воздействующие на ведомый диск сцепления, в сборе представляют собой единый узел, получивший название «корзина сцепления». Ведомый диск сцепления расположен между корзиной и маховиком и соединен с первичным валом коробки передач с помощью шлицев, по которым он может перемещаться.

Диафрагменная пружина корзины может быть либо нажимного, либо вытяжного принципа действия. Отличие – в направлении приложения усилия от привода сцепления: к маховику или от маховика. Особенность конструкции пружины вытяжного действия позволяет использовать корзину, толщина которой значительно меньше. Это делает узел максимально компактным.

Принцип работы

Рисунок 3 - Схема работы диафрагменной пружины

 

Принцип работы сцепления основан на жестком соединении ведомого диска сцепления и маховика двигателя за счет возникающей силы трения от усилия, которое создает диафрагменная пружина. Сцепление имеет два режима: «включено» и «выключено». Основное время работы ведомый диск прижат к маховику. Крутящий момент от маховика передаётся ведомому диску, а от него через шлицевое соединение на первичный вал коробки передач.

Для выключения муфты водитель нажимает на педаль, которая соединена с вилкой механическим или гидравлическим приводом. Вилка перемещает выжимной подшипник, который, нажимая на концы лепестков диафрагменной пружины, прекращает её давление на нажимной диск, а он, в свою очередь, освобождает ведомый. В этот момент двигатель разъединен с трансмиссией.

После включения нужной передачи в коробке передач водитель отпускает педаль сцепления, вилка перестаёт воздействовать на выжимной подшипник, а тот на пружину. Нажимной диск прижимает ведомый к маховику. Двигатель соединен с трансмиссией.

Виды сцепления

Сухое сцепление

Принцип действия сцепления данного типа основан на силе трения, возникающей при взаимодействии сухих поверхностей: ведущего, ведомого и нажимного дисков. Это обеспечивает жесткую связь двигателя и коробки передач. Сухое однодисковое сцепление – самый распространенный вид, использующийся на основной массе автомобилей с механической КПП.

Мокрое сцепление

Рисунок 4- Двойное сцепление мокрого типа

Данный вид сцепления предполагает работу трущихся поверхностей в масляной ванне. По сравнению с сухой, такая схема обеспечивает более плавное соприкосновения дисков; узел эффективнее охлаждается за счет циркуляции жидкости и может передавать больший момент на трансмиссию.

Мокрая схема обычно применяется на современных роботизированных КПП с двойным сцеплением. Особенность работы такого сцепления заключается в том, что на четные и нечетные передачи КПП подается крутящий момент от отдельных ведомых дисков. Привод сцепления — гидравлический, управляемый электроникой. Переключение скоростей происходит при постоянной передаче крутящего момента на трансмиссию без разрыва потока мощности. Данная конструкция является более дорогой и сложной в производстве.

Ресурс сцепления

Ресурс сцепления главным образом зависит от условий эксплуатации автомобиля, а также от стиля езды водителя. В среднем, срок службы сцепления может доходить до 100-150 тысяч километров пробега. В результате естественного износа, возникающего в момент соприкосновения дисков, фрикционные поверхности изнашиваются и требуют замены. Основная причина – проскальзывание дисков.

Двухдисковое сцепление обладает большим ресурсом за счет увеличенного числа рабочих поверхностей. Выжимной подшипник сцепления задействуется при каждом разрыве соединения двигателя и коробки передач. Со временем в подшипнике вырабатывается и теряет свойства вся смазка, в следствие чего он перегревается и выходит из строя.

Режим блокировки

Рисунок 10 - Устройство гидротрансформатора с блокировкой

 

Для того, чтобы справиться с основными недостатками гидротраснформатора (низкий КПД и плохая динамика автомобиля), был разработан механизм блокировки. Принцип его работы схож с классическим сцеплением. Механизм состоит из блокировочной плиты, которая связана с турбинным колесом (а следовательно, с первичным валом КПП) через пружины демпфера крутильных колебаний. Плита на своей поверхности имеет фрикционную накладку. По команде блока управления трансмиссией, плита прижимается накладкой к внутренней поверхности корпуса гидротрансформатора при помощи давления жидкости. Крутящий момент начинает передаваться напрямую от двигателя к коробке передач без участия жидкости. Таким образом достигается снижение потерь и более высокий КПД. Блокировка может быть включена на любой передаче.

Режим проскальзывания

Блокировка гидротрансформатора может также быть неполной и работать в так называемом «режиме проскальзывания». Блокировочная плита не полностью прижимается к рабочей поверхности, тем самым обеспечивается частичное проскальзывание фрикционной накладки. Крутящий момент предается одновременно через блокировочную плиту и циркулирующую жидкость. Благодаря применению данного режима у автомобиля значительно повышаются динамические качества, но при этом сохраняется плавность движения. Электроника обеспечивает включение муфты блокировки как можно раньше при разгоне, а выключение – максимально позже при понижении скорости.

Однако режим регулируемого проскальзывания имеет существенный недостаток, связанный с истиранием поверхностей фрикционов, которые к тому же подвергаются сильнейшим температурным воздействиям. Продукты износа попадают в масло, ухудшая его рабочие свойства. Режим проскальзывания позволяет сделать гидротрансформатор максимально эффективным, но при этом существенно сокращает срок его службы.

 

Тема 2. СЦЕПЛЕНИЕ АВТОМОБИЛЯ