Устройство однодискового сцепления

Картер 8 сцепления, обычно отлитый из чугуна, является, как правило, промежуточной деталью между двигателем и коробкой передач, и в нем размещено сцепление. В картере имеются отверстия для установки вала вилки 15 механизма выключения сцепления, для вентиляции сцепления (что необходимо для лучшего отвода теплоты, выделяющейся при пробуксовке дисков), и для доступа к регулировочным устройствам выключающих рычагов. Регулировочные устройства предназначены для установки внутренних концов рычага в одной плоскости во избежание перекоса нажимного диска.

Картер 8 через прокладку 28 и обрезиненный щиток 29 закрывается крышкой 21, в которой установлены пробка 24 со шплинтом и щиток 25 маслосборника.

Кожух сцепления, штампованный из листовой стали, снабжен ребрами жесткости и вентиляционными отверстиями, а также имеет выемки для удерживания пружин 7 от выбрасывания под действием центробежных сил. Отверстия в кожухе для крепления вилок 18 и пальцев 20 выключающих рычагов 16 в некоторых конструкциях сцепления обработаны под сферу для сопряжения с соответствующей сферой регулировочной гайки 17. Кожух своим фланцем крепится болтами 6 и 23 к маховику 2, соединенному с коленчатым валом 1 двигателя. Маховик и нажимной диск 3, являющиеся ведущей частью сцепления, обычно изготавливаются из чугуна и имеют тщательно обработанную торцевую поверхность, соприкасающуюся с поверхностью трения ведомого диска 26.

Противоположная сторона нажимного диска имеет ребра для уменьшения его коробления и лучшего отвода теплоты, приливы для связи с наружными концами выключающих рычагов, которые обычно устанавливаются на осях с помощью игольчатых подшипников 22, что уменьшает потери на трение в механизме выключения. На этой же стороне нажимного диска имеются, бобышки, на которые устанавливаются периферийные нажимные пружины сцепления. Толщина нажимного диска должна обеспечивать определенную теплоемкость диска во избежание его перегрева при кратковременной пробуксовке сцепления. По внешней окружности диска располагаются устройства, создающие его тангенциальную связь с кожухом сцепления, но допускающие осевое перемещение при включении и выключении сцепления. Эти устройства в разных сцеплениях могут иметь различное конструктивное исполнение: упругие тангенциальные пластины 4 с втулками 5; пазы и выступы соответственно в кожухе и на диске; пальцы, закрепленные в кожухе и маховике и пропущенные в отверстия в диске.

Кожух в сборе с нажимным диском, рычагами и пружинами тщательно балансируется.

Выключающие рычаги (стальные штампованные) изготавливаются жесткими, если в ведомом диске предусмотрены устройства, уменьшающие резкость включения сцепления, или упругими (например, в виде диафрагменной центральной пружины), когда такие устройства не предусмотрены. Потери на трение в механизме выключения минимальны, когда обе оси качания каждого выключающего рычага установлены на игольчатых подшипниках. При этом ось качания рычага, установленная в вилке кожуха, может при повороте рычага перемещаться относительно кожуха за счет упругой опорной пластины 19 и сферических поверхностей гайки на вилке 18 и гнезда, в отверстии кожуха.

Рис. Устройство однодискового сцепления:
1 — коленчатый вал; 2 — маховик; 3 — нажимной диск; 4 — упругая пластина; 5 — втулка пружинных пластин; 6 — болт крепления пластин; 7 — нажимная пружина; 8 — картер сцепления; 9 — кожух сцепления; 10 — теплоизолирующая прокладка нажимной пружины; 11 — подшипник выключения сцепления; 12 — муфта подшипника; 13 — оттяжная пружина муфты; 14 — направляющая муфты; 15 — вилка выключения сцепления; 16 — рычаг выключения сцепления; 17 — регулировочная гайка вилки; 18 — вилка; 19 — опорная пластина регулировочной гайки; 20 — пальцы; 21 — крышка картера сцепления; 22 — игольчатые подшипники; 23 — болт крепления кожуха сцепления к маховику; 24 — пробка со шплинтом; 25 — щиток маслосборника; 26 — ведомый диск сцепления; 27 — масленка для смазывания переднего подшипника ведущего вала коробки передач; 28 — прокладка; 29 — щиток; 30 — ведущий вал коробки передач; 31 — передний подшипник ведущего вала коробки передач; 32 — масленка для смазывания вилки выключения сцепления; 33 — прокладка фланца; 34 — уплотнительное кольцо

В некоторых случаях кронштейны осей качания выключающих рычагов крепятся к кожуху жестко. Тогда для обеспечения поворота рычагов вместо игольчатого подшипника в вилке устанавливаются вдоль оси качания два цилиндрических ролика; иногда один из них имеет продольную лыску. Эти ролики, перекатываясь один по другому, обеспечивают некоторое смещение оси качания при повороте рычага. Регулировка положения внутренних концов выключающих рычагов в одной, перпендикулярной оси вращения, плоскости осуществляется либо гайками со сферической поверхностью, либо (при их отсутствии) специальными регулировочными винтами со сферическими головками, соприкасающимися при выключении сцепления с торцевой поверхностью муфты 12 выжимного подшипника выключения. В отрегулированном положении гайка и винты надежно фиксируются стопорными устройствами. В различных конструкциях сцеплений число выключающих рычагов колеблется от 3 до 20.

Пружины сцепления изготавливают из высококачественной пружинной стали и подвергают термической обработке. Пружины в частично сжатом состоянии устанавливают между кожухом и нажимным диском сцепления, обеспечивая прижатие трущихся поверхностей ведущих и ведомых частей сцепления во включенном состоянии. При выключении сцепления, когда пружины максимально сжаты, усилие их возрастает на 15…20%. В постоянно замкнутых сцеплениях усилие нажимных пружин во включенном, а в некоторых конструкциях и в выключенном состоянии замыкается внутри сцепления и не передается на подшипники валов. Под каждую пружину со стороны нажимного диска подложена теплоизолирующая прокладка 10 для предохранения пружин от нагрева и ухудшения их упругих свойств при сильном нагревании нажимного диска во время буксования сцепления.

Ведомый диск 26 сцепления через ступицу передает при включенном сцеплении вращающий момент двигателя на ведущий вал 30 коробки передач. Для увеличения силы трения к ведомому диску с обеих сторон прикреплены кольцевые накладки из фрикционного материала с большим коэффициентом трения. Диск соединен со ступицей заклепками или через детали гасителя крутильных колебаний. Обычно ведомый диск имеет радиальные прорези для уменьшения коробления.

Для увеличения плавности включения однодискового сцепления в ряде конструкций применяется так называемый пружинящий ведомый диск, когда к центральному плоскому диску приклепан рад секторов из листовой пружинной стали (секторы выполнены не плоскими, а изогнутыми). К секторам приклепываются фрикционные накладки. При включении сцепления по мере увеличения силы нажатия секторы диска постепенно выпрямляются и при полном включении сцепления принимают плоскую форму. Благодаря такой конструкции ведомого диска сила нажатия, а следовательно, и передаваемый вращающий момент возрастают постепенно, чем и обеспечивается плавное включение сцепления.

В других конструкциях между диском и фрикционными накладками устанавливаются фрикционные пластинчатые пружины, которые также увеличивают плавность включения сцепления.

Материалом для фрикционных накладок служит спрессованная при высокой температуре смесь из асбеста, наполнителя (медная проволока, железный порошок) и связующего вещества (синтетические смолы, каучук, бакелит).

В настоящее время все более широкое применение находят безасбестовые фрикционные материалы в связи с обнаруженной канцерогенностью асбеста. В качестве его заменителя используются синтетические арамидные волокна типа «Кевлар», стекло, керамика, борные и углеродные соединения, базальт, слюда, валлостонит и металлическое стальное волокно.

Коэффициент трения по чугуну применяемых фрикционных накладок составляет 0,25…0,40. На наружной поверхности накладок выполняют радиальные и спиральные канавки, способствующие вентиляционному охлаждению дисков и удалению продуктов износа.

Устройство и принцип работы сцепления автомобиля

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. Существует достаточно много разновидностей муфт сцепления. Они различаются по количеству ведомых дисков (однодисковое, двухдисковое или многодисковое), по типу рабочей среды (сухое или мокрое) и по типу привода. Разные виды сцеплений имеют соответствующие преимущества и недостатки, но наибольшее распространение на современных автомобилях получило однодисковое сухое сцепление либо с механическим, либо гидравлическим приводом.

Функции сцепления

Муфта сцепления устанавливается между двигателем и коробкой передач и является одним из наиболее нагруженных элементов трансмиссии. Она выполняет следующие основные функции:

1. Плавное разъединение и соединение двигателя и коробки передач.
2. Передача крутящего момента без проскальзывания (без потерь).
3. Компенсация вибраций и нагрузок от неравномерности работы двигателя.
4. Снижение нагрузок на элементы двигателя и трансмиссии.

Элементы 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.

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

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.

Схема работы диафрагменной пружины

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

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.

Двойное сцепление мокрого типа

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.

Сухое двухдисковое сцепление

Сухое двухдисковое сцепление предполагает наличие двух ведомых дисков и промежуточной проставки между ними. Данная схема способна передать больше крутящего момента при тех же размерах механизма сцепления. Сама по себе она проще в производстве по сравнению с мокрой. Обычно применяется на грузовиках и легковых автомобилях с особо мощными двигателями.

Сцепление двухмассового маховика

Двухмассовый маховик состоит из двух частей. Одна из них связана с двигателем, вторая – с ведомым диском. Обе составляющие маховика имеют небольшой свободный ход относительно друг друга в плоскости вращения и соединены пружинами между собой.

Схема двухмассового маховика

Особенностью сцепления двухмассового маховика является отсутствие пружинного демпфера крутильных колебаний в ведомом диске. Функция гашения колебаний заложена в конструкцию маховика. Помимо передачи крутящего момента он максимально эффективно сглаживает вибрации и нагрузки, возникающие от неравномерности работы двигателя.

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.

Особенности керамического сцепления

Ресурс сцепления и эффективность его работы на пределе нагрузок зависит и от свойств материала, обеспечивающего зацепление дисков. Стандартный состав накладок дисков сцепления большинства автомобилей включает спрессованную смесь стеклянных и металлических волокон, смолы и каучука. Поскольку принцип работы сцепления базируется на силе трения, фрикционные накладки ведомого диска рассчитаны на работу при высоких температурах, доходящих до 300-400 градусов Цельсия.

Диск сцепления с керамическими фрикционными накладками

В мощных спортивных автомобилях нагрузки на сцепление намного превышают обычные нормы. Для некоторых трансмиссий может применяться керамическое и металлокерамическое сцепление. В состав материала таких накладок входит керамика и кевлар. Металлокерамический фрикционный материал менее подвержен износу и выдерживает нагрев до 600 градусов без потери рабочих качеств.

Производители используют различные конструкции муфты сцепления, оптимальные для определенного автомобиля, исходя из его назначения и стоимости. Сухое однодисковое сцепление остается достаточно эффективной и недорогой в изготовлении конструкцией. Данная схема широко применяется на легковых автомобилях бюджетного и среднего классов, а также на внедорожниках и грузовиках.