Фрикционное сцепление принцип работы

Фрикционное сцепление принцип работы

Сцепление является важным конструктивным элементом трансмиссии автомобиля. Сцепление предназначено для кратковременного отсоединения двигателя от трансмиссии и плавного их соединения при переключении передач, а также предохранения элементов трансмиссии от перегрузок и гашения колебаний. Сцепление автомобиля располагается между двигателем и коробкой передач.

В зависимости от конструкции различают следующие типы сцепления:

✔фрикционное сцепление;
✔гидравлическое сцепление;
✔электромагнитное сцепление.

Фрикционное сцепление передает крутящий момент за счет сил трения. В гидравлическом сцеплении связь обеспечивается за счет потока жидкости. Электромагнитное сцепление управляется магнитным полем.

Самым распространенным типом сцепления является фрикционное сцепление. Различает следующие виды фрикционного сцепления:

✔однодисковое сцепление;
✔двухдисковое сцепление;
✔многодисковое сцепление.

В зависимости от состояния поверхности трения сцепление может быть сухое и мокрое. В сухом сцеплении используется сухое трение между дисками. Мокрое сцепление предполагает работы дисков в жидкости.

На современных автомобилях устанавливается в основном сухое однодисковое сцепление. Однодисковое сцепление имеет следующее устройство:

✔маховик;
✔картер сцепления;
✔нажимной диск;
✔ведомый диск;
✔диафрагменная пружина;
✔подшипник выключения сцепления;
✔муфта выключения;
✔вилка сцепления.

Схема однодискового сцепления

Маховик устанавливается на коленчатом вале двигателя. Он выполняет роль ведущего диска сцепления . На современных автомобилях применяется, как правило, двухмассовый маховик. Такой маховик состоит из двух частей, соединенных пружинами. Одна часть соединена с коленчатым валом, другая — с ведомым диском. Конструкция двухмассового маховика обеспечивает сглаживание рывков и вибраций коленчатого вала. В картере сцепления размещаются конструктивные элементы сцепления. Картер сцепления крепиться болтами к двигателю.

Нажимной диск прижимает ведомый диск к маховику и при необходимости освобождает его от давления. Нажимной диск соединен с корпусом (кожухом) с помощью тангенциальных пластинчатых пружин. Тангенциальные пружины, при выключении сцепления, выполняют роль возвратных пружин.

На нажимной диск воздействует диафрагменная пружина, обеспечивающая необходимое усилие сжатия для передачи крутящего момента. Диафрагменная пружина наружным диаметром опирается на края нажимного диска. Внутренний диаметр пружины представлен упругими металлическими лепестками, на концы которых воздействует подшипник выключения сцепления. Диафрагменная пружина закреплена в корпусе. Для закрепления используются распорные болты или опорные кольца.

Нажимной диск, диафрагменная пружина и корпус образуют единый конструктивный блок, который носит устоявшееся название корзина сцепления. Корзина сцепления имеет жесткое болтовое соединение с маховиком. По характеру работы различают два типа корзин сцепления — нажимного и вытяжного действия. В распространенной корзине сцепления нажимного действия лепестки диафрагменной пружины при выключении сцепления перемещаются к маховику. В вытяжной корзине сцепления наоборот — лепестки диафрагменной пружины перемещаются от маховика. Данный тип корзины сцепления характеризуется минимальной толщиной, поэтому применяется в стесненных условиях.

Ведомый диск располагается между маховиком и нажимным диском. Ступица ведомого диска соединяется шлицами с первичным валом коробки передач и может перемещаться по ним. Для обеспечения плавности включения сцепления в ступице ведомого диска размещены демпферные пружины, выполняющие роль гасителя крутильных колебаний.

На ведомом диске с двух сторон установлены фрикционные накладки. Накладки изготавливаются из стеклянных волокон, медной и латунной проволоки, которые запрессованы в смесь из смолы и каучука. Такой состав может кратковременно выдерживать температуру до 400°С. Накладки ведомого диска могут иметь и более высокую тепловую характеристику. На спортивных автомобилях устанавливают т.н. керамическое сцепление, накладки ведомого диска которого состоят из керамики, кевлара и углеродного волокна. Еще более прочные металлокерамические накладки, выдерживающие температуру до 600°С.

Подшипник выключения сцепления (обиходное название — выжимной подшипник) является передаточным устройством между сцеплением и приводом. Он располагается на оси вращения сцепления и непосредственно воздействует на лепестки диафрагменной пружины. Подшипник располагается на муфте выключения. Перемещение муфты с подшипником обеспечивает вилка сцепления.

Схема двухдискового сцепления

На грузовых и легковых автомобилях с мощным двигателем применяется двухдисковое сцепление. Двухдисковое сцепление осуществляет передачу большего крутящего момента при неизменном размере, а также обеспечивает больший ресурс конструкции. Это достигнуто за счет применения двух ведомых дисков, между которыми установлена проставка. В результате получены четыре поверхности трения.
Принцип работы сцепления

Однодисковое сухое сцепление постоянно включено. Работу сцепления обеспечивает привод сцепления.

При нажатии на педаль сцепления привод сцепления перемещает вилку сцепления, которая воздействует на подшипник сцепления. Подшипник нажимает на лепестки диафрагменной пружины нажимного диска. Лепестки диафрагменной пружины прогибаются в сторону маховика, а наружный край пружина отходит от нажимного диска, освобождая его. При этом тангенциальные пружины отжимают нажимной диск. Передача крутящего момента от двигателя к коробке передач прекращается.

Читайте также:  Как проверить висит ли на мне кредит

При отпускании педали сцепления диафрагменная пружина приводит нажимной диск в контакт с ведомым диском и через него в контакт с маховиком. Крутящий момент за счет сил трения передается от двигателя к коробке передач.

Ступенчатые трансмиссии

Фрикционные сцепления

Сцепление фрикционного типа устанавливается на маховике и состоит из ведущих и ведомых элементов, нажимного механизма и механизма выключения.

К ведущим элементам сцепления относятся те детали и узлы, которые воспринимают крутящий момент от маховика и передают его на ведомые детали. К ним можно отнести собственно маховик, кожух сцепления и нажимной диск.

Нажимной диск должен иметь возможность перемещаться в осевом направлении при включении и выключении сцепления, и в то же время не перемещаться в тангенциальном направлении относительно кожуха и маховика. С этой целью на некоторых сцеплениях нажимной диск соединяют с кожухом с помощью упругих пластин, которые одним концом закрепляются на кожухе, другим — на нажимном диске (рис. 1, а). Передача крутящего момента может также осуществляться бобышками нажимного диска, которые входят в окна, выполненные в кожухе (рис. 1, б).

При необходимости передачи большого крутящего момента кожух вообще исключается из участия в этой работе, а нажимные диски воспринимают крутящий момент сразу от маховика с помощью шипов, которые входят в пазы, выполненные на маховике (рис. 1, в).

Недостатком этого способа передачи крутящего момента является достаточно большое трение, возникающее между боковыми поверхностями пазов и шипов при осевом перемещении нажимного диска и препятствующее выключению сцепления.

К ведомым элементам сцепления относятся ведомые диски 4 (рис. 2), воспринимающие крутящий момент от ведущих элементов и передающих его на первичный вал коробки перемены передач.

Ведомые диски при включенном сцеплении не будут проскальзывать относительно ведущих деталей, если будет выполняться условие равенства максимального момента Мс трения сцепления и максимального крутящего момента Мmax двигателя с учетом коэффициента запаса:

где
β – коэффициент запаса сцепления;
μ – коэффициент трения между активными поверхностями ведущего и ведомого дисков;
Рпр – усилие, создаваемое нажимным устройством;
Rср – средний радиус трения (зависит от радиуса активной поверхности трения ведущего и ведомого дисков);
i – число поверхностей трения.

В зависимости от условий эксплуатации автомобиля сцепления могут выполняться с коэффициентом запаса равным 3 и более.

Из формулы (1) следует, что для передачи бόльшего крутящего момента диски должны выполняться бόльшего диаметра, а существенным фактором, обеспечивающим его работу, является коэффициент трения между активными поверхностями ведомого и ведущего дисков. Для повышения коэффициента трения на дисках крепятся фрикционные накладки, изготовленные из различных материалов, обладающих хорошими фрикционными свойствами, износоустойчивостью и термической стойкостью.
Широко применяемые ранее фрикционные накладки с добавлением 50% асбеста в настоящее время применяются редко из-за экологической вредности асбестовой пыли, попадающей в воздух при производстве накладок и при их изнашивании в результате трения.

Ведомые диски оснащаются гасителями крутильных колебаний . Источником вынужденных колебаний валов трансмиссии в основном являются неравномерная работа двигателя и ведущих колес автомобиля при движении по неровностям дороги.
При совпадении частот вынужденных колебаний и собственных колебаний трансмиссии могут возникнуть резонансные явления, вызывающие большие динамические знакопеременные нагрузки в трансмиссии, что может привести к поломке деталей и аварийной ситуации при движении автомобиля.
Поэтому в конструкции сцепления необходимо предусмотреть механизм, снижающий вероятность или полностью исключающий подобные явления.

С этой целью и применяются гасители крутильных колебаний, состоящие из нескольких цилиндрических пружин, размещенных по окружности на ведомом диске в специальной ступице на некотором расстоянии от оси вращения.
Гаситель крутильных колебаний за счет упругости пружин и сил трения поглощает часть энергии колебательных и динамических перегрузок благодаря возможности относительного перемещения ведомого и ведущего диска в тангенциальном направлении (по касательной) к оси вращения. При этом энергия колебаний и превращается в тепловую энергию сил внутреннего (в витках пружины) и внешнего трения.

Нажимным механизмом является нажимная пружина 6 (см. рис. 2). От нажимного усилия зависит максимальное значение и надежность передачи крутящего момента от ведомых элементов сцепления к ведомым.

Наибольшее распространение получили центральная мембранная пружина и периферийные цилиндрические пружины, располагаемые в один или два ряда. С целью обеспечения равномерности усилия по всей площади нажимного диска число пружин должно быть кратным количеству рычагов выключения.

Читайте также:  Почему часто на логан перегорают лампы птф

Механизм выключения сцепления включает рычаги выключения сцепления 12 (рис. 2) и вилки рычагов 11. Длины плеч рычагов должны обеспечить достаточный ход нажимного диска для чистоты выключения сцепления и облегчить водителю процесс выключения. Поэтому они выполняются с передаточным числом от 4,5 до 4,85.
В некоторых конструкциях сцеплений для уменьшения износа концов рычагов к ним прикрепляют упорное кольцо, исключающее непосредственный контакт рычагов и подшипника выключения (выжимного подшипника). В сцеплениях с мембранной нажимной пружиной рычаги отсутствуют, а их функцию выполняют лепестки самой пружины.

Вилки рычагов должны иметь возможность наклоняться, т. е. совершать качательные движения, так как при перемещении рычагов изменяется их положение, и, следовательно, расстояние между опорами рычагов. С этой целью вилки рычагов закрепляются на кожухе сцепления не жестко, а через регулировочную гайку со сферической поверхностью.

Работа сцепления может проходить в трех режимах: во включенном положении, в выключенном положении и при частичном выключении-включении (при трогании автомобиля с места).

При включенном положении (рис. 2, а), когда педаль сцепления 8 отпущена, нажимные пружины 6, воздействуя на нажимной диск 2, плотно зажимают ведомый диск 4 между маховиком 3 и нажимным диском. Крутящий момент через активные поверхности трения передается от ведущих элементов на ведомые, при этом угловая скорость вращения ведущих и ведомых элементов одинакова.

При выключенном сцеплении (рис. 2, б), когда педаль 8 сцепления нажата, через привод осуществляется воздействие на подшипник выключения 7, который перемещается в сторону маховика 3 и воздействует на конец рычага 12. При этом противоположные концы рычага отодвигают нажимной диск 2 от ведомого диска 4, сжимая нажимные пружины 6. Крутящий момент с ведущих элементов на ведомые не передается, и ведомый диск сцепления не вращается.

При трогании автомобиля с места педаль 8 сцепления отпускается плавно, внутренние концы рычагов 12 перемещаются в сторону от маховика 3, а нажимной диск начинает постепенно прижиматься к ведомому диску и передавать на ведомый диск плавно возрастающий крутящий момент. Когда он станет достаточным для преодоления сил сопротивления движению автомобиля, ведомый диск начнет вращаться, и автомобиль тронется с места.

Этот режим работы сцепления является самым напряженным, поскольку он сопровождается выделением значительного количества теплоты при проскальзывании ведомого диска и динамическими нагрузками при резком отпускании педали сцепления. В этом режиме имеет место максимальный износ рабочих поверхностей фрикционных накладок.

Полнота выключения сцепления обеспечивается наличием свободного хода педали, который определяется зазором между рычагами 12 выключения и подшипником выключения 7. В процессе эксплуатации из-за изнашивания фрикционных накладок этот зазор уменьшается. Уменьшается и величина свободного хода педали сцепления. Это может привести к пробуксовыванию сцепления во включенном состоянии.
Зазор восстанавливают соответствующими регулировками в приводе сцепления, но не изменением положения рычагов выключения сцепления.

Полнота выключения сцепления обеспечивается рабочим ходом педали сцепления (70…140 мм). В двухдисковых сцеплениях предусматриваются специальные устройства для принудительного отведения среднего нажимного диска и установки его в промежуточное положение относительно маховика и нажимного диска.

На некоторых сцеплениях легковых автомобилей зазор между рычагами и подшипником выключения сцепления отсутствует (подшипник все время прижат к рычагам и вращается вместе с ними). Это позволяет исключить ударные нагрузки на подшипник при выключении сцепления и продлить срок его службы. В этом случае полнота включения и выключения сцепления обеспечивается полным ходом педали.

Наглядно с работой фрикционного сцепления можно ознакомиться, посмотрев размещенный внизу страницы видеоролик. Здесь же рассказывается о взаимодействии сцепления с другими агрегатами трансмиссии и о том, как правильно управлять фрикционным сцеплением.

Про такое узел автомобиля как сцепление знают наверняка все. И многие знают, что нужно оно для возможности безопасного переключения передач и при начале движения автомобиля. Но как же устроено сцепление, этот довольно капризный в освоении в автошколе узел?

Ранее, в статье «Сцепление автомобиля», мы говорили о предназначении и классификации сцеплений. Теперь рассмотрим подробнее устройство и принцип работы самого распространенного типа сцепления — фрикционного сухого однодискового.

Устройство фрикционного сухого сцепления

Сухое фрикционное сцепление состоит из следующих основных частей:

— Маховик;
— Нажимной диск («корзина» сцепления);
— Ведомый диск (диск сцепления);
— Выжимной подшипник (подшипник выключения сцепления) и нажимная муфта;
— Детали привода сцепления.

Маховик. Маховик закреплен непосредственно на коленчатом валу двигателя и именно через него производится передача крутящего момента на трансмиссию. Сегодня обычно используются двухмассовые маховики: одна его часть крепится на коленвале, а вторая играет роль ведущего диска сцепления — на ней закреплены фрикционные накладки, за счет которых обеспечивается вращение ведомого диска. Части маховика соединены через пружины, выполняющие функции демпферов, снижающих уровень вибраций.

Читайте также:  Как подключить конденсатор к однофазному двигателю

Нажимной диск («корзина»). Этот узел состоит из корпуса (который по форме напоминает корзину, за что и получил свое название) и непосредственно нажимного диска, соединенного с корпусом через пружину (или пружины). Пружины постоянно прижимают нажимной диск к ведомому диску, за счет чего и производится передача крутящего момента от двигателя коробке передач. В «корзине» могут использоваться несколько пружин, расположенных по кругу, однако сейчас чаще применяется одна пружина (диафрагма), состоящая из ряда тангенциальных (расположенных по радиусу) пластин. С одной стороны пластины соединены с корпусом, а в центре — с выжимным подшипником. Корзина жестко закреплена на маховике, вращаясь с ним как единое целое.

Ведомый диск. Расположен между маховиком и нажимным диском, его ступица надета на первичный вал коробки передач. Диск имеет сборную конструкцию: его основу составляет металлический диск, на котором с двух сторон находятся фрикционные накладки. Также в диске предусмотрены демпфирующие пружины, которые смягчают удары и делают передачу крутящего момента более плавной.

Выжимной подшипник и нажимная муфта. Это подшипник особой конструкции, который упирается в центральную часть диафрагменной пружины и производит ее сжатие при выжимании сцепления. Выжимной подшипник здесь необходим по простой причине: корзина вращается вместе с маховиком, и если бы не было подшипника, нажимная муфта подвергалась бы сильному износу. Наличие подшипника решает эту проблему, так как муфта давит на его внешнюю часть, которая не вращается, а усилие на пружину передается через внутреннее кольцо.

Детали привода сцепления. Это компоненты включения и выключения сцепления. Сюда входят вилка выключения сцепления (с ее помощью движется нажимная муфта), тросы (механический привод), гидроцилиндры и трубки (гидропривод), педаль и т.д.

Принцип работы фрикционного сцепления

Работа сухого однодискового фрикционного сцепления очень проста и сводится к следующему. Сцепление постоянно включено — это обеспечивается диафрагменной пружиной (или рядом пружин), которая прижимает нажимной диск к ведомому диску и к маховику. В таком положении весь узел сцепления вращается как единое целое, и крутящий момент полностью передается на коробку передач.

При переключении передач сцепление выключается: при нажатии на педаль пружина сжимается (с помощью привода сцепления, нажимной вилки, муфты и выжимного подшипника), ее пластины, закрепленные в «корзине», действуют как рычаги, и отводят нажимной диск от ведомого диска. В этот момент передача крутящего момента от двигателя коробке прекращается и можно переключить передачу.

После включения нужной передачи педаль сцепления отпускается, пружина возвращается в исходное положение, прижимая нажимной диск к ведущему диску и к маховику — передача крутящего момента возобновляется.

Однако главное преимущество и все возможности сцепления проявляются в момент начала движения автомобиля. Сцепление устроено таким образом, что диски могут прижиматься друг к другу с различным усилием, а поэтому передача крутящего момента может производиться в такой степени, в которой это необходимо. Если слегка отпустить педаль сцепления, то диски будут прижаты друг к другу слабо и проскальзывать, соответственно, и крутящий момент будет передаваться на коробку и колесам не полностью — так становится возможным трогание с места и плавный разгон автомобиля.

Двойное сцепление в автомобилях с АКП

В автомобилях с автоматической коробкой передач педали сцепления нет, однако само сцепление присутствует, но управляет им автоматика. При этом в разных типах «автоматов» работают различные типы сцепления. Например, в роботизированных АКП применяется двойное сцепление, которое имеет ряд принципиальных отличий от сцепления, описанного выше.

Двойное сцепление содержит два комплекта пластин, образующих фрикционные муфты, одна из которых отвечает за передачу крутящего момента к первичному валу нечетного ряда передач, вторая — к первичному валу четного ряда передач.

Двойное сцепление работает в масляной ванне (поэтому оно относится к «мокром» типу), в нем используется пакеты из нескольких фрикционных дисков (то есть, это многодисковое сцепление). В нормальном положении пластины разомкнуты и удерживаются с помощью пружин. Сжатие дисков (как переключение передач в АКП) осуществляется с помощью масла, подающегося под давлением в гидроцилиндры муфт.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector