Устройство двухдисковых сцеплений автомобилей

Фрикционные двухдисковые сцепления

Двухдисковым называется сцепление, в котором для передачи крутящего момента применяются два ведомых диска. Двухдисковое сцепление при сравнительно небольших размерах позволяет передавать крутящий момент большой величины. Поэтому двухдисковые сцепления применяются на грузовых автомобилях большой грузоподъемности. В двухдисковом сцеплении (рис. 4.14) ведущими деталями являются маховик 13 двигателя, кожух 7, нажимной диск 8 и ведущий диск 11, ведомыми — ведомые диски 9 и 12, деталями включения — пружины 6, деталями выключения — рычаги 4 и муфта выключения 5 с выжимным подшипником.

Рис. 4.14. Двухдисковое фрикционное сцепление: 1, 6 — пружины; 2 — болт; 3, 10 — пальцы; 4 — рычаг; 5 — муфта; 7 — кожух; 8 — нажимной диск;

9, 12 — ведомые диски; 11 — ведущий диск; 13 — маховик

В двухдисковых сцеплениях сжатие ведущих и ведомых деталей может производиться несколькими цилиндрическими пружинами, равномерно расположенными в один или два ряда по периферии нажимного диска. Сжатие также может осуществляться одной центральной конической пружиной.

Двухдисковые сцепления могут иметь механические и гидравлические приводы. Для облегчения управлением двухдисковым сцеплением в приводе устанавливаются пневматические усилители, значительно снижающие максимальное усилие выключения сцепления, они сложнее по конструкции и имеют большую массу.

Двухдисковые сцепления с периферийными пружинами. На рис. 4.15, а представлено сцепление грузовых автомобилей КамАЗ. Сцепление — двухдисковое, фрикционное, сухое, с периферийными пружинами и гидравлическим приводом. Ведущими в сцеплении являются маховик 7, средний ведущий диск 12, нажимной диск 11 и кожух 10, а ведомыми — диски 3 с гасителями 2 крутильных колебаний. Усилие, сжимающее ведущие и ведомые диски, создается пружинами 9. Крутящий момент от двигателя передается нажимному и среднему ведущему дискам через выступы, выполненные на их наружных поверхностях, входящие в четыре продольных паза на маховике.

Привод сцепления — гидравлический с пневматическим усилителем. Привод (рис. 4.15, б) включает в себя педаль 14, главный цилиндр 15, рабочий цилиндр 23, пневматический усилитель 19, следящее устройство 20, вилку и муфту выключения с подшипником, трубопроводы 18 и шланги для подачи рабочей жидкости от главного цилиндра к рабочему и воздухопровод 21 для подачи воздуха в пневмоусилитель.

Рис. 4.15. Сцепление (а) и привод (6) сцепления грузовых автомобилей КамАЗ:

1 — маховик; 2 — гаситель; 3 — ведомые диски; 4 — рычажный механизм; 5 — рычаг; 6- подшипник; 7— муфта; 8— кольцо; 9— пружина; 10- кожух; 11 — нажимной диск; 12 — ведущий диск; 13, 16 — рычаги; 14 — педаль; 15,’ 23 — цилиндры; 17, 22 — штоки; 18 — трубопровод; 19 — пневмоусилитель;

20 — следящее устройство; 21 — воздухопровод

При выключении сцепления усилие от педали 14 через рычаг 16 и шток 17 передается поршню главного цилиндра 15, из которого рабочая жидкость под давлением по трубопроводам 18 одновременно поступает в рабочий цилиндр 23 и корпус следящего устройства 20.

Следящее устройство обеспечивает при этом поступление сжатого воздуха в пневмоусилитель 19 из воздухопровода 21. Оно автоматически изменяет давление воздуха в пневмоусилителе пропорционально усилию на педали сцепления. Суммарное усилие, создаваемое давлением воздуха в пневмоусилителе 19 и давлением жидкости в рабочем цилиндре 23, передается через шток 22 на вилку выключения сцепления и от нее — на муфту выключения с выжимным подшипником. Установка пневматического усилителя в гидравлическом при­воде позволяет значительно облегчить управление сцеплением — его выключение и удержание в выключенном состоянии.

Пневматический усилитель (рис. 4.17) гидропривода сцепления объединяет в себе рабочий цилиндр выключения сцепления с поршнем 2 и следящее устройство с поршнем 3, диафрагмой 4 и клапанами 5управления (впускным и выпускным). Работает пневматический усилитель следующим образом. При нажатии на педаль сцепления рабочая жидкость воздействует на поршни 2 и 3, которые перемещаются. Поршень 3 прогибает диафрагму с седлом клапанов 5 управления. При этом выпускной клапан закрывается и открывается впускной клапан.

Рис. 4.17. Пневмоусилитель гидропривода сцепления грузовых автомобилей

КамАЗ: 1 — шток; 2, 3, 6 — поршни; 4 -диафрагма; 5 — клапаны

Сжатый воздух через впускной клапан поступает в пневматический цилиндр усилителя и действует на поршень 6, который перемещается, оказывая дополнительное воздействие на шток 1 выключения сцепления. При отпускании педали сцепления давление жидкости на поршни 2 и 3 прекращается, они возвращаются в исходное положение под действием пружин. При этом закрывается впускной и открывается выпускной клапан, через который сжатый воздух из пневмоусилителя выходит в окружающую среду, а поршень 6 перемещается в исходное положение.

Устройство автомобилей

Ступенчатые трансмиссии

Двухдисковые сцепления

Фрикционные сцепления способны передавать крутящий момент лишь в том случае, когда он меньше момента сил трения между ведущими и ведомыми дисками. Эти силы, в свою очередь, зависят от нажимного усилия, коэффициента трения между трущимися поверхностями и площади трущихся поверхностей.
Очевидно, что при увеличении поверхности трения ведомых дисков пропорционально увеличивается передаваемый крутящий момент.

Увеличение поверхности трения в фрикционных сцеплениях возможно двумя способами – увеличением диметров ведомого и ведущего дисков, либо применением нескольких ведомых дисков, расположенных последовательно. Увеличение диаметра дисков приводит к существенному увеличению габаритных размеров сцепления, что не всегда удовлетворяет требованиям компактности силового агрегата.
Кроме того, при увеличении диаметра вращающихся элементов сцепления неизбежно возрастают действующие на них центробежные силы, величина которых пропорциональна диаметрам дисков.
При этом если диск недостаточно сбалансирован (а идеальную балансировку такого сложного узла произвести невозможно), возрастают вибрационные и переменные динамические нагрузки, пагубно влияющие на работу трансмиссии и двигателя. По этим причинам в конструкциях сцеплений, передающих значительный крутящий момент, применяют двухдисковые сцепления.
Как правило, такими сцеплениями оборудуются силовые агрегаты грузовых автомобилей повышенной грузоподъемности, например, автомобилей марки «КамАЗ».

На автомобилях марки «КамАЗ» применяется сухое двухдисковое фрикционное сцепление с периферийным расположением пружин (рис. 1).

Сцепление установлено в картере, изготовленном из алюминиевого сплава. Ведущие части сцепления смонтированы на маховике 1 двигателя, который крепится к коленчатому валу на двух штифтах и шести болтах.
Кожух сцепления стальной, штампованный, устанавливается на маховике на двух трубчатых штифтах и двенадцати болтах.
Нажимной 11 и средний (промежуточный) 12 диски установлены в пазах маховика на четырех шипах, равномерно расположенных по окружности диска. При этом одновременно обеспечивается возможность осевого перемещения среднего и нажимного дисков.

В шипах среднего нажимного диска размещен рычажный механизм 4, который автоматически регулирует положение среднего диска при включении сцепления с целью обеспечения чистоты выключения. Он представляет собой двуплечий рычаг 13, установленный на оси на закрученной пружине. Одним концом рычаг упирается в нажимной диск 11, а другим концом – в маховик 1.

При включении сцепления пружина, раскручиваясь, поворачивает рычаг вокруг оси и отодвигает средний нажимной диск на одинаковое расстояние от маховика и нажимного диска.

Стальные ведомые диски 3 с приклепанными к ним фрикционными накладками оснащены гасителем 2 крутильных колебаний и с помощью ступицы устанавливаются на шлицах первичного вала коробки передач.

Нажимное усилие создают двенадцать цилиндрических пружин 10, устанавливаемых между кожухом и нажимным диском по окружности.
Суммарное усилие, создаваемое нажимным механизмом, 12200 Н. Для преодоления этого усилия при выключении сцепления в приводе управления сцеплением автомобилей марки «КамАЗ» устанавливается пневматический усилитель.

Механизм выключения состоит из шести рычагов 5, соединенных наружными концами через игольчатые подшипники с нажимным диском 11, а в средней части – с опорными вилками. Вилки устанавливаются в кожухе 9 на гайках со сферическими поверхностями, которые позволяют им наклоняться при перемещении рычагов.
На внутренних концах рычагов с помощью специальной пружины крепится упорное кольцо 8, позволяющее исключить изнашивание поверхностей рычагов, возникающее от контакта с подшипником выключения 6 муфты 7 при выключении сцепления.

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.