4.1.1. Сцепление автотранспортнго средства категории D

У двигателя внутреннего сгорания коленчатый вал вращается при любом режиме работы, включая холостой ход. Поэтому при трогании автомобиля с места возникает проблема плавного соединения вращающегося коленчатого вала с неподвижным входным валом трансмиссии. Кроме того, у ступенчатых коробок передач с зубчатыми муфтами включения передач при переключении требуется разрыв потока мощности от двигателя к ведущему валу коробки. Плавное соединение вала двигателя с входным валом трансмиссии при трогании автобуса с места, разрыв и последующее восстановление потока мощности при переключении передач осуществляется сцеплением. В применяемых ныне фрикционных сцеплениях связь между ведущим и ведомым элементами осуществляется силами трения. На современных автомобилях и автобусах преимущественное распространение получили сухие дисковые сцепления.

По количеству ведомых дисков сцепления могут быть однодисковыми, двухдисковыми и многодисковыми. На современных автобусах многодисковые сцепления практически не встречаются, а выбор одно или двухдискового сцепления зависит от величины передаваемого крутящего момента. На особо малых, малых и средних автобусах применяют одно дисковые сцепления, на больших и особо больших — двухдисковые.

К сцеплению предъявляются следующие требования:

• надежная передача крутящего момента, несколько превышающего максимальный крутящий момент двигателя;

• чистота выключения, полностью исключающая возможность передачи крутящего момента от двигателя на трансмиссию при выключенном сцеплении;

• легкость управления. Усилие на педали выключения сцепления не должно превышать 150 Н при наличии усилителя и 250 Н без него; ход педали не должен превышать 180 мм.

Конструкция однодискового сцепления показана на рис 4.1.

Конструкция однодискового сцепления и привод его выключения

Рис. 4.1. Конструкция однодискового сцепления и привод его выключения:

1 — главный цилиндр привода выключения сцепления; 2 — картер сцепления; 3 — фрикционные накладки ведомого диска; 4 — пружина педали; 5 — теплоизолирующая шайба; 6 — внешняя пружина; 7 — внутренняя пружина; 8 — шток главного цилиндра; 9 — педаль; 10 — кожух; 11 — подшипник выключения сцепления; 12 — муфта выключения сцепления; 13 — первичный вал; 14 — шаровая опора вилки; 15 — сферическая гайка; 16 — вилка; 17 – опорная вилка; 18 — шток рабочего цилиндра; 19 — рабочий цилиндр; 20 — прокачной штуцер; 21 — нажимной диск; 22 — игольчатые подшипники; 23 — рычаг выключения сцепления; 24 — болт маховика; 25 — коленчатый вал; 26 — ведомый диск; 27 — маховик

Сцепление заключено в картере 2, прикрепленном к картеру двигателя. Ведущими элементами сцепления являются маховик двигателя 27 и нажимной диск 21. Маховик и нажимной диск жестко связаны между собой в тангенциальном (окружном) направлении, в то же время диск имеет возможность осевого перемещения относительно маховика. Нажимной диск установлен в кожухе 10 сцепления, жестко прикрепленном болтами к маховику. Установка нажимного диска в кожухе обеспечивается разными способами — либо выступы диска входят в окна кожуха, либо чаще встречающийся в последнее время вариант соединения кожуха и диска тангенциальными упругими пластинами, изгибающимися при осевом перемещении диска. Пластины одним концом приклепаны к кожуху, а другим концом крепятся болтами к нажимному диску. Ведомым элементом сцепления является ведомый диск 26, установленный между маховиком и нажимным диском. Он представляет собой стальной диск, к которому с обеих сторон прикреплены фрикционные накладки. Крепление накладок к диску может осуществляться с помощью заклепок либо специального клея. Ведомый диск крепится к своей ступичной части через демпфер крутильных колебаний (о нем см. ниже). Ступичная часть ведомого диска имеет внутренние шлицы, обеспечивающие установку ведомого вала на шлицах первичного вала 13 коробки передач. Установка ступицы ведомого диска на шлицах первичного вала обеспечивает передачу крутящего момента от диска на вал, давая возможность осевого перемещения диска по шлицам.

Передача крутящего момента от маховика к ведомому диску обеспечивается моментом трения. Этот момент создается осевым усилием пружин 7, установленных между нажимным диском 21 и кожухом 10. Пружин либо несколько (периферийно расположенных витых цилиндрических), либо одна — диафрагменная (тарельчатая). Число пружин определяется величиной передаваемого крутящего момента. У сцепления малого автобуса ПАЭ-3205 — 12 пружин, у ЗИЛ-3207 — 16. При трогании автобуса с места происходит буксование сцепления, характеризующееся относительным проскальзыванием ведущих элементов сцепления относительно ведомых, при этом происходит передача определенного крутящего момента. В течении этого процесса вырабатывается значительное количество теплоты, температура элементов сцепления существенно повышается. Например, нажимной диск может нагреться до 500…200 °С. При этом могут нагреться и контактирующие с нажимным диском пружины, что может привести к потере ими упругости. Для исключения этого между пружинами и нажимным диском устанавливаются теплоизолирующие шайбы 5 (см. рис. 4.1).

Для выключения сцепления необходимо отвести нажимной диск от маховика, преодолев при этом усилие нажимных пружин. В этом случае на ведомом диске исчезнет момент трения и, следовательно, прекратится передача крутящего момента от двигателя на первичный вал коробки передач. Отвод нажимного диска от маховика осуществляется специальным устройством, включающим в себя рычаги выключения сцепления 23, шарнирно связанные своими наружными концами с нажимным диском. Центральные части рычагов шарнирно связаны с опорами, внутренние концы рычагов имеют специальные лапки или ролики, контактирующие при выключении сцепления с опорной поверхностью подшипника выключения сцепления 11. Шарнирное крепление рычагов к нажимному диску и к опоре осуществляется через игольчатые подшипники 22. Поскольку шарнир крепления рычага на нажимном диске может перемещаться только в осевом направлении, а ось рычага этого шарнира при отводе нажимного диска поворачивается вокруг оси центральной опоры и, следовательно, должна перемещаться по дуге, возникает кинематическое рассогласование, что в принципе исключает возможность выключения сцепления. Для ликвидации этого рассогласования центральная опора рычага крепится в кожухе специальной гайкой 15 со сферической опорной поверхностью, это позволяет опоре рычага совершать угловые колебания при отводе нажимного диска, что и обеспечивает необходимое кинематическое согласование.

Перемещение внутренних концов рычагов 23 (см. рис. 4.1) при выключении сцепления осуществляется через специальный подшипник 11, установленном на муфте 12, перемещающейся по направляющей поверхности удлинителя крышки заднего подшипника первичного вала коробки передач.

В качестве подшипника выключения сцепления на особо малых и малых автобусах ГАЗ используются шариковые радиальные подшипники, на малых автобусах ЗИЛ — шариковые упорные подшипники. На больших автобусах ЛиАЗ с механической трансмиссией применяют шариковые радиально-упорные подшипники. Осевое перемещение подшипника выключения осуществляется вилкой выключения сцепления 16. Как указывалось выше, при необходимости передачи больших крутящих моментов на больших автобусах применяют двухдисковое сцепление. В этом случае маховик имеет форму барабана, на поверхности которого профрезерованы четыре продольных паза. Сцепление имеет два ведущих диска — средний и нажимной. По наружной поверхности оба диска имеют по четыре прямоугольных выступа, входящих в пазы маховика.

Через боковые поверхности выступов крутящий момент передается от маховика к ведущим дискам. Между маховиком и средним ведущим диском и между средним ведущим диском и нажимным диском на шлицах первичного вала коробки передач установлены два ведомых диска. Двухдисковое сцепление работает аналогично однодисковому.

В последние годы все большее распространение получают сцепления, в которых осевое усилие на нажимном диске создается не периферийными цилиндрическими пружинами, а одной диафрагменной (тарельчатой). Конструкция такого сцепления, устанавливаемого на автобусах ГАЗ-2217 «соболе» и ГАЗ-2221 «газель», показана на рис. 4.2. К маховику 3 болтами жестко крепится кожух сцепления 16, который соединительными пластинами 19 связан в окружном направлении с нажимным диском 5. Между маховиком и нажимным диском установлен ведомый диск 23, шлицованная ступица которого сидит на шлицах первичного вала коробки передач. В нажимном диске 5 в его специально отогнутых кронштейнах с помощью опорных колец 6 закреплена нажимная диафрагменная пружина, своим наружным диаметром опирающаяся на кольцевой выступ нажимного диска. Усилие пружины прижимает нажимной диск к маховику. Возникающие при этом силы трения между маховиком и ведомым диском и между нажимным диском и ведомым диском обеспечивают возможность передачи крутящего момента от маховика на первичный вал коробки передач. Диафрагменная пружина в свободном состоянии представляет собой усеченный конус, от внутреннего края которого к наружному до определенного радиуса сделаны радиальные прорези, образуя таким образом лепестки, служащие рычагами выключения сцепления. При выключении сцепления подшипник 9 под воздействием муфты 14 выключения сцепления перемещается в сторону маховика, передавая усилие на внутренние концы лепестков. Лепестки, работая как рычаги, поворачиваются вокруг опоры в кожухе сцепления, снимают усилие с нажимного диска, тем самым отключая нажимной диск от маховика. Перемещение муфты 14 осуществляется вилкой 17 выключения сцепления, имеющей в средней части выштамповку под шаровую опору 15.

Конструкция диафрагменного сцепления и привод его выключения

Рис. 4.2. Конструкция диафрагменного сцепления и привод его выключения:
1 — главный цилиндр привода выключения сцепления; 2 — картер сцепления; 3 — маховик; 4 — фрикционные накладки ведомого диска; 5 — нажимной диск; 6 — опорные кольца; 7 — пружина педали; 8 — диафрагменная пружина; 9 — подшипник выключения сцепления; 10 — шток главного цилиндра; 11 — педаль; 12 — первичный вал коробки передач; 13 — поролоновые кольца; 14 — муфта выключения сцепления; 15 — шаровая опора вилки; 16 — кожух; 17 — вилка; 18 — шток рабочего цилиндра; 19 — соединительная пластина; 20 — рабочий цилиндр; 21 — прокачной штуцер; 22 — демпферная пружина; 23 — ведомый диск

Преимуществом сцепления с диафрагменной пружиной является то, что на такую пружину не действуют центробежные силы, действующие на периферийные цилиндрические пружины и несколько уменьшающие нажимное усилие пружин при высокой частоте вращения маховика. Кроме того, упругая характеристика диафрагменной пружины имеет нелинейный характер, что позволяет несколько снизить усилие водителя при выключении сцепления и уменьшить интенсивность падения нажимной силы по мере износа накладок ведомого диска. В-третьих, меньшие осевые размеры диафрагменной пружины позволяют значительно уменьшить осевые габариты сцепления.

Перемещение вилки управления сцеплением осуществляется системой привода сцепления, которая по принципу работы может быть механической, гидравлической или пневмогидравлической.

Педаль управления сцеплением качается на опоре в блоке педалей, установленном в кабине. Нижний конец рычага шарнирно связан с тягой, передающей усилие на вилку выключения. Тяга имеет резьбовое регулировочное устройство, позволяющее изменять ее длину для регулировки обязательного зазора между подшипником и рычагом выключения сцепления. Зазор должен иметь строго определенную величину (3…4 мм), поскольку при его отсутствии возможно движение автомобиля с частично выключенным сцеплением, что приводит к длительному буксованию и, как следствие, быстрому износу накладок. При зазоре, большем допустимой величины, выключение сцепления происходит без должной чистоты (сцепление «ведет»), что затрудняет или в отдельных случаях полностью исключает возможность переключения передач.

Педаль 9 управления сцеплением с гидравлическим приводом (см. рис. 4.1), подвешенная на шарнире на педальном мостике, другим шарниром связана со штоком 8 главного цилиндра 1. При нажатии на педаль управления сцеплением толкатель перемещает поршень внутри главного цилиндра. Конструкция главного цилиндра показана на рис. 4.3. Внутренняя цилиндрическая поверхность главного цилиндра обработана с высокой чистотой. Внутри цилиндра расположен поршень 14 с двумя центрирующими цилиндрическими поясками, уплотненными резиновыми манжетами 13 и 16. Полость внутри главного цилиндра заполнена тормозной жидкостью. При отпущенной тормозной педали поршень находится в крайнем (на чертеже — правом) положении. При этом полость между поршнем и выходным отверстием цилиндра соединена с наполнительным бачком 6 через компенсационное отверстие А. Полость между центрирующими поясками поршня также в этом положении соединена с наполнительным бачком через специальное перепускное отверстие Б. Первый центрирующий поясок имеет ряд осевых отверстий, выполненных на определенном диаметре. Между торцевой поверхностью поршня и уплотнительной манжетой устанавливается клапан 3. При выключении сцепления водитель воздействует на педаль управления сцеплением, поворот педали вызывает движение толкателя 9, который перемещает поршень, сжимая при этом возвратную пружину 18. При перемещении поршня компенсационное отверстие закрывается, клапан перекрывает осевые отверстия в поршне, жидкость по специальной трубке вытесняется в рабочий цилиндр, заставляя перемещаться поршень 27 рабочего цилиндра. Поршень рабочего цилиндра перемещает толкатель 25, который поворачивает вилку выключения сцепления вокруг шаровой опоры, вилка перемещает муфту выключения сцепления. При отпускании педали возвратная пружина перемещает поршень назад. При закрытом компенсационном отверстии создается разрежение, препятствующее быстрому возвращению поршня 14 в исходное положение. Жидкость при этом постоянно соединена с наполнительным бачком через перепускное отверстие Б. Перемещение поршня назад заставляет жидкость перетекать через осевые отверстия, открытый пластинчатый клапан и отогнутую манжету, давление уравнивается, поршень под действием пружины быстро перемещается в исходное положение. Избыток жидкости в полости между центрирующими поясками поршня 14, образующийся из-за перетекания жидкости, возвращается при исходном положении поршня и открытом при этом компенсационном отверстии в наполнительный бачок. Кроме этого, компенсационное отверстие позволяет сохранять постоянный объем жидкости в гидросистеме управления сцеплением при любых изменениях температуры. При отпущенной педали сцепления между толкателем 9 и поршнем 14 обязательно необходим гарантированный зазор величиной 1…1,5 мм для обязательного открытия компенсационного отверстия А.

Конструкция главного и рабочего цилиндров

Рис. 4.3. Конструкция главного и рабочего цилиндров: 1 — упорное кольцо; 2 — обойма клапана; 3 — клапан; 4 — крышка; 5 — отражатель; 6 —наполнительный бачок; 7 — штуцер; 8 — контргайка; 9 — толкатель; 10 — чехол; 11 — стопорное кольцо; 12, — упорная шайба; 13,16 — манжеты; 14 — поршень; 15 — пластинка; 17 — корпус; 18 — пружина; 19 — проушина; 20 — защитный колпачок; 21 — клапан прокачки; 22 — кольцо; 23 — защитное кольцо; 24 — чехол; 25 — толкатель; 26 — манжета; 27 — поршень; 28 — корпус цилиндра; 29 — пружина; А — компенсационное отверстие; Б — перепускное отверстие

Гидропневматический привод. На больших и особо больших автобусах при применении обычной механической трансмиссии необходимость передачи сцеплением больших крутящих моментов требует применения нажимной пружины (нажимных пружин) достаточно большой силы, которая нужна для создания требуемого момента трения. При выключении такого сцепления водитель должен при отводе нажимного диска дополнительно сжать эту пружину (пружины), при этом на педали управления сцеплением возникает чрезмерное усилие, недопустимое санитарными нормами (предельно допустимое усилие составляет 250 Н). Снижение требуемого усилия за счет увеличения передаточного числа

привода не всегда возможно, поскольку ход педали сцепления также лимитирован и не должен превышать 180 мм. Единственно возможным выходом в этом случае является применение сервомеханизма (усилителя). На современных отечественных больших и особо больших автобусах получил распространение гидравлический привод управления сцеплением с пневматическим усилителем.