Сцепления предназначены для передачи вращающего момента от двигателя на ведомый вал трансмиссии.
Сцепление должно обеспечивать:
• надежную передачу вращающего момента двигателя на ведущий вал трансмиссии при всех условиях эксплуатации;
• «чистоту» выключения, т. е. быстрое и полное разобщение валов двигателя и трансмиссии;
• плавное включение, т.е. постепенное нарастание момента на валу трансмиссии;
• хороший теплоотвод от трущихся деталей;
• надежное предохранение деталей трансмиссии от перегрузок;
• малый момент инерции ведомых деталей.
В зависимости от способа передачи вращающего момента двигателя к трансмиссии сцепления подразделяются:
• на гидравлические — для передачи используется энергия потока жидкости;
• электромагнитные — передача как результат взаимодействия электромагнитных полей;
• фрикционные — передача силами трения между деталями.
Фрикционные сцепления получили наибольшее распространение
на современных автомобилях и тракторах. По ряду признаков эти сцепления делятся на группы, в частности:
по форме поверхностей трения — дисковые (с одним, двумя и многими дисками), конусные и колодочные;
конструкции нажимного механизма — постоянно и непостоянно замкнутые;
материалу — с накладками из волокнистых материалов, из порошковых материалов, металлокерамики (для сцеплений, передающих значительный вращающий момент при больших угловых скоростях);
роду трения — с сухим трением и работающие в масле;
типу привода — с механическим, гидравлическим, пневматическим, электрическим приводом и комбинированным;
способу управления — с механическим, командным и автоматическим.
На автомобилях и тракторах фрикционные муфты широко используются в разных механизмах, они устанавливаются между двигателем и КП, в механизмах поворота, КП, приводах к ВОМ и др.
Выбор сцепления того или иного типа определяется функциями, которые оно должно выполнять, конструкцией механизма, в котором оно монтируется, типом и назначением машины и, главным образом, условиями его эксплуатации. Любое сцепление может работать надежно длительное время, если правильно учтены условия эксплуатации, определен расчетный режим работы и подобраны соответствующие материалы. Важным фактором, определяющим надежность сцепления, является хороший отвод теплоты от ее трущихся поверхностей и надежное предохранение деталей от попадания абразивных материалов.
Однодисковые фрикционные сцепления отличаются высокой «чистотой» выключения по сравнению со всеми другими типами, так как необходимый для выключения однодисковых сцеплений зазор между трущимися поверхностями невелик, и его легко обеспечить.
Величина силы и работа, которую необходимо затратить на управление сцеплением, определяются конструкцией привода управления. Небольшой момент инерции ведомых деталей сцепления способствует безударному включению шестерен в КП. Этому требованию более всего отвечают однодисковые постоянно замкнутые сцепления. Однако из-за невозможности передавать большие вращающие моменты однодисковые сцепления применяются преимущественно на легковых автомобилях и грузовых автомобилях малой грузоподъемности.
Постоянно замкнутые двухдисковые сцепления широко применяются на большегрузных автомобилях и тракторах.
В качестве примера рассмотрим устройство сухого фрикционного двухдискового сцепления постоянно замкнутого типа автомобилей КамАЗ. Сцепление устанавливается на маховике. К ведущей части сцепления относится маховик 21 (рис. 4.3), картер 20 сцепления и соединенные с ними средний ведущий диск 2 и нажимной диск 4. Ведомая часть состоит из двух ведомых дисков 1 и ведомого вала 23 КП. Ведомые и нажимные диски прижимаются к маховику нажимными пружинами 16, упирающимися в кожух 17 сцепления. Пружины в количестве 12 штук создают нажимное усилие 10… 13 кН. При отпущенной педали сцепления пружины прижимают поверхности трения одну к другой, поэтому сцепление называется постоянно замкнутым.
Диски разъединяются механизмом управления с приводом от педали. В него входят привод управления, муфта 12 выключения сцепления с выжимным подшипником 10, оттяжные рычаги 6 выключения, закрепленные шарнирно на стойках 5 и соединенные с нажимным диском 4. При нажатии на педаль муфта выключения сцепления поворачивает оттяжные рычаги, и нажимной диск отводится от ведомого диска, преодолевая силу нажимных пружин. Сцепление выключено.
Чистота выключения сцепления достигается отводом нажимного диска от ведомого настолько, чтобы зазоры между дисками были в пределах 0,5…0,7 мм. Для этого педаль сцепления должна иметь достаточный рабочий ход. Кроме того, чистота выключения зависит от положения оттяжных рычагов 6 выключения, которые должны быть расположены так, чтобы зазоры А между ними и подшипником муфты 12 выключения сцепления были одинаковыми. В противном случае сцепление выключается не полностью из-за перекоса нажимного диска. Величину зазора А между оттяжными рычагами и подшипником муфты выключения проверяют по свободному ходу педали сцепления.
По мере изнашивания фрикционных накладок рычаги выключения поворачиваются и зазор А уменьшается. Как только зазор и свободный ход педали станут равными нулю, включенное сцепление начнет проскальзывать (пробуксовывать), так как силу нажимных пружин в этом случае воспринимает не нажимной диск, а подшипник муфты выключения. Это приводит также к быстрому изнашиванию выжимного подшипника.
Свободный ход педали сцепления обычно регулируют, изменяя длину тяги его привода. Если предусмотрено восстановление силы нажимных пружин при изнашивании фрикционных накладок, то для создания достаточного рабочего хода педали сначала восстанавливают силу пружин, а затем регулируют свободный ход. Среди фрикционных сцеплений более редко требуют регулировок постоянно замкнутые и непостоянно замкнутые сцепления с компенсационными пружинами.
Пробуксовка сцепления при его включении является естественным процессом, обеспечивающим плавность включения и работы. Сцепление, пробуксовывая, ограничивает динамические нагрузки в трансмиссии, возникающие в результате резкого включения сцепления и неравномерной работы двигателя, значительного замедления автомобиля при интенсивном торможении с невыключенным сцеплением или наезде колес на неровность дороги.
Однако пробуксовка сопровождается выделением теплоты, вследствие чего повышается температура трущихся деталей сцепления. Поэтому необходим принудительный отвод теплоты, выделяемой во время пробуксовки. Если отвод теплоты недостаточен, из-за повышения температуры фрикционных накладок уменьшается коэффициент трения.
Для предотвращения чрезмерного нагревания трущихся деталей в картере сцепления предусмотрены закрытые сетками или крышками вентиляционные отверстия, способствующие циркуляции воздуха в нем и охлаждению сцепления. Нажимной диск изготовляют в виде массивного кольца, обеспечивающего лучший отвод теплоты от ведомого диска. В фрикционных накладках делают радиальные канавки, через которые проходит воздух, охлаждающий трущиеся поверхности. Канавки служат также для удаления продуктов изнашивания под действием центробежных сил.
Неравномерность работы двигателя (изменение его вращающего момента) может значительно повысить нагрузки в трансмиссии в результате возникновения крутильных колебаний, особенно опасных при резонансе, когда частота собственных угловых колебаний трансмиссии совпадает с частотой колебаний передаваемого момента. Упругие угловые колебания в трансмиссии сопровождаются шумом при работе шестерен, а иногда и поломкой деталей, если амплитуды колебаний возрастают до Недопустимо большой величины.
Предотвратить резонансные крутильные колебания в трансмиссии можно с помощью разного типа гасителей крутильных колебаний. Чаще всего применяются пружинные гасители без фрикционного элемента или с фрикционным элементом. Более эффективным является пружинный гаситель с фрикционным элементом, т.е. гаситель фрикционного типа, уменьшающий амплитуды вынужденных угловых колебаний и преобразующий поглощаемую им энергию колебаний в теплоту.
Упругим элементом гасителя крутильных колебаний (см. рис. 4.3) являются тангенциальные пружины 25. Гашение крутильных колебаний осуществляется за счет трения дисков 24 относительно колец 26 ведомых дисков.
Рис. 4.3. Сцепление автомобилей КамАЗ:
1 — ведомый диск; 2 — средний ведущий диск; 3 — установочная втулка; 4 — нажимной диск; 5 — стойка оттяжного рычага; 6 — оттяжной рычаг выключения; 7 — пружина упорного кольца; 8 — шланг смазки муфты; 9 — петля пружины; 10 — выжимной подшипник; 11 — оттяжная пружина; 12 — муфта выключения сцепления; 13 — вилка выключения сцепления; 14 — упорное кольцо; 15 — вал вилки; 16 — нажимная пружина; 17 — кожух сцепления; 18 — теплоизолирующая шайба; 19 — болт крепления кожуха; 20 — картер сцепления; 21 — маховик; 22 — фрикционная накладка; 23 — ведомый вал коробки передач; 24 — диск гасителя крутильных колебаний; 25 — тангенциальная пружина гасителя крутильных колебаний; 26 — кольцо ведомого диска; 27 — механизм автоматической регулировки положения среднего ведущего диска; А — зазор между упорным кольцом оттяжных рычагов и подшипником муфты выключения сцепления
Для выключения сцепления необходимо затрачивать большие физические усилия, однако усилие на педали управления сцепления не должно превышать 200… 250 Н. При повышении КПД привода в большой мере облегчается управление сцеплением. С этой целью в механическом приводе стремятся по возможности заменить трение скольжения трением качения.
Обычно передаточное число привода сцепления uп = 25…50, так как его величина определяется, с одной стороны, вполне конкретным для сцепления данного типа перемещением нажимного диска, а с другой, рабочим ходом педали сцепления, который находится в довольно узких пределах (70… 150 мм). Поэтому увеличить передаточное число uп и тем самым облегчить управление сцеплением практически невозможно.
Для снижения усилия на педали управления сцеплением в конструкции привода применяют механический (пружинный), гидравлический, пневматический или вакуумный усилитель.
Например, гусеничные тракторы ТТ-5 и ТЛТ-100 оснащены гидроусилителями в приводе сцепления. На колесных тракторах и автомобилях МАЗ механическая система привода оснащена пневмоусилителем со следящим устройством.
У автомобилей КамАЗ (рис. 4.4) применяется гидропривод с пневмоусилителем управления сцеплением. Привод оснащен следящим устройством.
Рис. 4.4. Гидропривод с пневмоусилителем управления сцеплением автомобилей КамАЗ:
а — принципиальная схема привода; б — конструкция привода; 1 — педаль сцепления; 2 — главный цилиндр; 3 — цилиндр пневмоусилителя; 4 — следящее устройство пневмоусилителя; 5 — воздухопровод; 6 — рабочий гидроцилиндр; 7— муфта выключения с подшипником; 8— рычаг; 9— шток; 10— трубопроводы и шланги гидропривода
При нажатии на педаль 1 сцепления усилие от ноги водителя передается через рычаг и шток к главному цилиндру 2, откуда жидкость под давлением начинает поступать в корпус следящего устройства 4 пневмоусилителя, которое обеспечивает пропуск сжатого воздуха в цилиндр 3 пневмоусилителя.
Одновременно от главного цилиндра жидкость под давлением поступает в рабочий гидроцилиндр 6 усилителя. Суммарное усилие, определяемое давлением воздуха в цилиндре пневмоусилителя и давлением жидкости в рабочем цилиндре, передается на шток 9 и далее через рычаг 8 на вилку выключения сцепления.
Следящее устройство обеспечивает автоматическое изменение давления на пневматическом поршне пневмоусилителя в зависимости от усилия нажатия на педаль сцепления.
В непостоянно замкнутых сцеплениях в качестве механизмов управления в основном используются системы ручных рычагов.
Непостоянно замкнутые сцепления, имеющие ручное управление, облегчают маневрирование машиной при движении задним ходом и при движении по тесным и узким коридорам. К достоинствам непостоянно замкнутого сцепления относится то, что его можно оставить выключенным без приложения внешней силы к рычагам управления.
Перечисленные ранее качества непостоянно замкнутых сцеплений делают целесообразным их применение на гусеничных тракторах, работающих с прицепными машинами, на строительных, дорожно-строительных машинах. Также их применяют на специальных колесных тракторах, для которых необходима высокая маневренность.