Основные элементы фрикционного сцепления

Нажимной диск. Для передачи части крутящего момента двигателя этот диск должен иметь силовую связь с маховиком в тангенциальном направлении и возможность перемещения в осевом направлении при включении и выключении сцепления. Наиболее простой способ - применение упругих пластин, закрепленных одним концом на нажимном диске, другим - на кожухе сцепления. Другие способы более сложные; кроме того, при выключении сцепления необходимо дополнительно к усилию для сжатия нажимных пружин преодолеть трение между элементами, через которые передается усилие от диска к маховику или кожуху сцепления.

В сцеплениях автомобилей ГАЗ связь осуществляется бобышками нажимного диска, которые входят в окна, выфрезерованные в кожухе сцепления. В сцеплениях ряда автомобилей (КамАЗ, КАЗ, МАЗ и др.) нажимные диски связаны с маховиком при помощи четырех шипов на каждом диске, которые входят в пазы, имеющиеся в маховике.

В однодисковом сцеплении нажимной диск передает половину крутящего момента двигателя; в двухдисковом сцеплении средний нажимной диск передает половину крутящего момента, а наружный нажимной диск - четверть крутящего момента. Это следует учитывать при определении нагрузок в элементах связи нажимных дисков с маховиком двигателя.

Нажимные диски выполняются массивными для поглощения теплоты, соответствующей передаваемой ими доле крутящего момента при буксовании сцепления. Поверхность нажимного диска, обращенного к ведомому диску, шлифуется. Для лучшего отвода теплоты нажимные диски иногда имеют вентиляционные радиальные каналы. Нажимной диск (в некоторых конструкциях в сборе с кожухом) подвергается статической балансировке. Допускаемый дисбаланс 20...30 кг-см. Нажимные диски выполняются из чугуна марки СЧ 21-40; СЧ 21-44.

Рычаги выключения сцепления. Шарнирная связь их с опорами в нажимном диске и в кожухе сцепления может быть обеспечена установкой рычагов на игольчатых подшипниках, при этом потери на трение при управлении сцеплением минимальны. В эксплуатации игольчатые подшипники являются одним из слабых мест сцепления: смазочный материал в подшипники закладывают только при сборке; угловой диапазон перемещения подшипника небольшой, что приводит к значительному местному износу под действием нагруженных иголок. В некоторых конструкциях сцеплений наблюдается сильный износ концов рычагов, в которые упирается подшипник выжимной муфты при включении сцепления, несмотря на то что рабочие поверхности рычагов подвергают цементации или азотированию. В некоторых конструкциях сцеплений грузовых автомобилей для предотвращения износа концов рычагов к ним прикрепляется опорная шайба, в которую упирается подшипник выжимной муфты при включении сцепления (автомобили МАЗ, КамАЗ и др.).

При выключении сцепления, когда рычаги из наклонного положения перемещаются в горизонтальное, расстояние между опорами рычага меняется. Для обеспечения кинематического согласования перемещений рычага (углового перемещения) вилка, в которой размещен игольчатый подшипник опоры, связанной с кожухом сцепления, опирается на кожух сцепления через регулировочную гайку со сферической поверхностью и, таким образом, позволяет опоре рычага перемещаться по дуге. Вилка фиксируется от осевого перемещения конической пружиной (автомобили ГАЗ) или упругими пластинами (автомобили ЗИЛ).

Ведомый диск сцепления. Ступица, диск с фрикционными накладками и гаситель крутильных колебаний - элементы ведомого диска, который центрируется по ступице и подвергается статической балансировке (в сборе). Для предохранения диска от коробления при нагреве в нем выполняются радиальные прорези. Диск должен обладать упругостью, чтобы обеспечить плавность включения сцепления. Достигается это различными конструктивными мероприятиями. Например, в сцеплениях автомобилей ВАЗ сектора ведомого диска имеют выпуклости, поочередно направленные в противоположные стороны. Одна накладка приклепывается к секторам, направленным в одну сторону, другая накладка приклепывается к секторам, направленным в другую сторону, В сцеплении автомобиля ГАЗ-3102 «Волга» к диску приклепаны пластинчатые пружины волнообразной формы, на которых заклепками крепятся фрикционные накладки.

Примерно такую же конструкцию имеют ведомые диски сцеплений ЗАЗ-968М, «Магирус-290» с той лишь разницей, что одна из накладок крепится непосредственно к диску. В двухдисковых сцеплениях упругие диски обычно не используют, так как это приводит к увеличению хода нажимных дисков при выключении и хода педали. Однако при установке упругих дисков на опытных образцах двухдисковых сцеплений значительно увеличился срок службы фрикционных накладок. По-видимому, при применении усилителя привода сцепления, когда передаточное число привода может быть уменьшено и ход педали ограничен, использование упругих дисков в двухдисковых сцеплениях целесообразно.

Материал диска - высокоуглеродистая сталь 60Г, 65Г. Диск соединяется с фланцем ступицы при помощи заклепок или болтов.

  Фрикционные накладки. К накладкам.предъявляется ряд требований: высокий коэффициент трения, мало изменяющийся от температуры, давления, скорости буксования (по ГОСТ 1786-88 в зависимости оt материала m = 0,28...0,62); высокие износоустойчивость и прочность (накладки должны выдержать без разрыва угловую скорость, в 2 раза превышающую максимальную угловую скорость 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 200⁰ С, при кратковременной 350° С.

До последнего времени для фрикционных сцеплений в основном применялись асбофрикционные накладки, в состав которых входят асбест, наполнители, связующие. В настоящее время все большее распространение получают фрикционные накладки без асбеста или с минимальным его содержанием. Это, в частности, связано с тем, что производство, где в воздухе содержится асбестовая пыль, экологически опасно. Применение асбеста объясняется его хорошей термической стойкостью.

Добавление наполнителей обусловлено необходимостью придать накладке ряд необходимых свойств: износостойкости - смоляные частицы и графит; теплопроводности и плавности включения - медь, латунь, бронза, алюминий (в виде порошка, стружки или проволоки); стабильности коэффициента трения - цинк; уменьшения износа и задирообразования - свинец (ухудшает термостойкость).

Связующие материалы определяют фрикционные свойства, износостойкость и термическую стойкость. В качестве связующих применяются фенолформальдегидные смолы и их модификации, синтетические каучуки, а также комбинации смол и каучуков. Фрикционные накладки выполняют формованными, спиральнонавитыми и ткаными. Формованные накладки устанавливают на большинство грузовых автомобилей (примерный состав: асбест в виде коротких волокон - 40 %, наполнители - 30...40 %, связующие -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.

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

Кожух сцепления. Кожух изготовляют из малоуглеродистой стали методом глубокой вытяжки. Центрирующими элементами являются установочные штифты, болты или центрирующий бортик на маховике. Для отвода теплоты от нагретых деталей кожух имеет окна, которые обеспечивают необходимую вентиляцию. Иногда для обеспечения направленной циркуляции воздуха в картере сцепления устанавливают направляющие элементы, выполненные из тонкого стального листа.

ПРИВОД СЦЕПЛЕНИЯ

 

На рис. 28 приведены схемы механического и гидравлического приводов сцеплений. Общее передаточное число привода сцепления включает передаточное число рычагов выключения и передаточное число педального привода, а в случае гидравлического привода и передаточное число гидравлической части привода. Общее передаточное число привода сцепления определяется из условия, что усилие на педали при отсутствии усилителя не должно превосходить для легковых автомобилей 150 Н, для грузовых 250 Н. Полный ход педали должен лежать при этом в пределах 120...190 мм, включая свободный ход педали.

Рис. 28. Схемы приводов сцеплений:

а-механического; б-гидравлического

Для существующих конструкций общее передаточное число привода сцепления лежит в пределах 25...50.

Общее передаточное число привода сцепления

и_п.с. = и₁и₂

где и₁ - передаточное число педального привода; и₂ - передаточное число рычагов выключения сцепления.

Передаточное число привода:

механического (рис. 28, а)

; ;

гидравлического (рис. 28, б)

; ;

Ход педали зависит от величины s, на которую отводится нажимной диск при выключении сцепления, и зазора D₂ между рычагами выключения и выжимным подшипником.

S_пед = sи_п.с. + D₂и₁

  Таблица 4

Автомобиль	Диаметр гидроцилиндра, мм			Ход педали, мм
	главного	рабочего	усилителя	полный	свободный
ЗАЗ-968М	19,0	22,0	_	150	38
ВАЗ-2105	19,0	19,0	-	140	30
ГАЗ -31 02	22,2	25,1	-	145	28
ГАЗ –66	22,0	22,0	-	190	45
«Магирус-290» КамАЗ -5320	23,52 28,0	34,42 28,0	90	185 190	50 42
КАЗ-4540	-	-	149	185	50
МАЗ –5335	-	-	52	160	43

В зависимости от конструкции сцепления D₂ = 2,5...4 мм.

Некоторые данные по приводам сцеплений ряда автомобилей приведены в табл. 4.

Педаль сцепления. Верхняя педаль имеет нижнюю опору, обычно применяется для механического привода; нижняя педаль имеет верхнюю опору - для гидропривода. Иногда нижнюю педаль применяют и при механическом приводе (МАЗ-5335, КАЗ-4540). Верхняя педаль чаще является рычагом первого рода, нижняя педаль - рычагом второго рода. Нижняя педаль при одинаковых размерах с верхней обеспечивает большее передаточное число (естественно, при большем ходе педали). При нижней педали проще герметизировать салон автомобиля (или кабину) от моторного отсека, когда главный гидроцилиндр привода сцепления крепится непосредственно к стенке, отделяющей моторный отсек от салона.

При откидывающейся кабине грузового автомобиля связь между педалью привода и сцеплением, имеющим гидравлический привод, осуществляется гибким шлангом. Если у автомобиля с откидывающейся кабиной применяется механический привод сцепления, то педальный привод усложняется из-за необходимости совместить ось поворота кабины с какой-либо неподвижной осью педального привода сцепления, как это выполнено в автомобилях МАЗ-5335, КАЗ-4540.

Вилка выключения сцепления. Конструктивно вилка может быть выполнена за одно целое с вильчатым рычагом (рис. 29, а) и опираться на шаровую опору. При этом муфта выключения сцепления, а следовательно, и нажимной диск перемещаются без перекосов. Металлоемкость вилки в этом случае минимальна. Следует, однако, учитывать, что реакция шаровой опоры, равная сумме усилий на опорных концах вилки и рычага, приводит к сильному износу сферического углубления рычага, которым он опирается на шаровую опору. Тем не менее преимущества этой конструкции обеспечивают ей широкое применение в сцеплениях не только легковых автомобилей, но и грузовых (автомобили ГАЗ), в том числе и большой грузоподъемности («Магирус-290»).

В большинстве конструкций сцеплений грузовых автомобилей вилка закреплена на валу или выполнена вместе с валом, который установлен во втулках картера сцепления. Для перемещения вилки без перекосов в данной конструкции должны быть обеспечены определенная точность установки вала вилки перпендикулярно оси вала сцепления и вилки на валу.

Подшипник выключения сцепления. Установленный на муфте, обычно герметичный, подшипник в процессе эксплуатации не смазывают. Он может воздействовать при выключении сцепления непосредственно на концы рычагов выключения или через опорное кольцо, что предпочтительней. В сцеплениях с диафрагменной пружиной подшипник при выключении сцепления упирается в концы лепестков через фрикционное кольцо, связанное с кожухом сцепления тангенциально расположенными упругими пластинами, позволяющими перемещать кольцо в осевом направлении. В некоторых конструкциях подшипник упирается непосредственно в концы лепестков. Это допустимо при высоком качестве подшипника выключения.

Усилители привода сцепления. Если управление сцеплением требует усилий выше регламентированных, то необходимо применять усилитель. Простейшим усилителем привода сцепления является пружинный (сервопружина), устанавливаемый на некоторых автомобилях. Когда усилие на педали отсутствует (сцепление включено), ось пружины усилителя находится ниже оси поворота педали и усилие сервопружины суммируется с усилием оттяжной пружины, удерживая педаль в крайнем правом положении. При нажатии на педаль она начинает перемещаться, левый конец пружины поднимается и ее ось занимает положение выше оси поворота педали. Вследствие этого на педали создается момент, который позволяет снизить усилие воздействия при удержании ее в выключенном состоянии на 20...30 %. По такому же принципу работает пружинный усилитель верхней педали.

Пневмоусилитель гидропривода сцепления применяют в ряде конструкций грузовых автомобилей большой грузоподъемности. На автомобилях МАЗ и КАЗ установлен пневмоусилитель механического привода, а на автомобилях КамАЗ - пневмоусилитель гидропривода. Схема, конструкция и статическая характеристика пневмоусилителя автомобилей КамАЗ показаны на рис. 31.

Рис. 31. Схема привода и усилителя сцепления

 

Педаль 1 привода, связанная с главным цилиндром 2, гидролинией 3, соединяется с пневмоусилителем. Пневмоусилитель включает в себя пневмоцилиндр 4, гидроцилиндр 10 выключения сцепления и мембранное следящее устройство 7, объединенные в одном агрегате. Рассмотрим наиболее характерные режимы работы пневмоусилителя.

1. Усилие на педали отсутствует - сцепление включено. Давление в главном цилиндре 2 и в гидролинии 3 отсутствует. Мембрана 8 пружиной отжата вправо, а вместе с мембраной отжат связанный с ней патрубок - седло атмосферного клапана 6. Впускной клапан 5 сжатого воздуха закрыт, а атмосферный клапан 6 открыт, сообщая левую полость пневмоцилиндра 10 с атмосферой. Поршень пневмоцилиндра 4 под действием пружины отжат в крайнее левое положение. Усилие на штоке 11 привода отсутствует.

2. Усилие на педали повышается - сцепление выключается. Если в ресивере сжатый воздух отсутствует, то усилие на штоке 11 привода сцепления зависит только от давления в гидролинии:

R₁=p_жF₅=P_nедaF₅/(bF_l)                            (13)

где р_ж - давление жидкости в гидролинии; F₁ - площадь поршня главного гидроцилиндра 2; F₅ - площадь поршня гидроцилиндра 10 выключения сцепления.

Если сжатый воздух имеется в ресивере, то давление жидкости в гидролинии, воздействуя на поршень 9 следящего устройства, перемещает его влево. При этом мембрана 8 выгибается, также преодолевая усилие пружины P₁ и своим седлом закрывает выпускной клапан 6 и открывает клапан 5 сжатого воздуха. Сжатый воздух поступает в левую полость пневмоцилиндра 4 и воздействует на его поршень. Усилие, создаваемое поршнем пневмоцилиндра 4,

R₂ = p_возF₄ – P₂,

где р_воз - давление сжатого воздуха в левой полости гидроцилиндра; F₄ - площадь поршня пневмоцилиндра; Р₂ - усилие пружины поршня.

3. Усилие на педали уменьшается - сцепление включается. Давление в гидролинии 3 падает. Уменьшается при этом сила, с которой следящий поршень 9 действует на мембрану 8; последняя выгибается вправо, открывая выпускной клапан 6 и закрывая впускной клапан 5. Усилие на штоке 11 падает.

4. Усилие на педали постоянно - сцепление выключено. Усилие, создаваемое пневмоцилиндром 4, должно быть также постоянным. Это возможно только в том случае, когда оба клапана 5 и 6 закрыты, что соответствует равновесному положению мембраны 5:

p_возF₃ + P₁ – p_жF₂ = 0                                                   (14)

где F₃ - площадь мембраны; P₁ - усилие пружины мембраны; F₂ - площадь поршня следящего устройства.

Подставив значения р_ж из уравнения (13) в уравнение (14), получим

p_воз=P_педaF₅/(bF₁F₃)-P₁/F₃.                                                (15)

 Отсюда следует, что давление воздуха на мембрану, а следовательно, на поршень гидроцилиндра прямо пропорционально усилию на педали, что и требуется от следящего механизма.