Сцепление с диафрагменной нажимной пружиной

На рисунке 5.1 показано фрикционное однодисковое сцепление с диафрагменной нажимной пружиной. Сцепление с маховиком 2 двигателя расположено в литом картере 1, закрепленном на заднем торце блока цилиндров двигателя.

Сцепление состоит из ведущих деталей: кожуха 12, прикрепленного болтами к маховику двигателя, и нажимного диска 4, соединенного с кожухом тремя упругими пластинами 2 (рисунок 5.2) с помощью заклепок 3 и 4, и ведомых деталей: ведомого диска с фрикционными накладками и ведомого вала.

Маховик двигателя, кожух и нажимной диск вращаются с частотой коленчатого вала двигателя. Кроме того, нажимной диск за счет упругости соединительных пластин имеет возможность перемещаться в осевом направлении.

Ведомый диск расположен между нажимным диском и маховиком двигателя. Он соединен со ступицей 19 через пружинно-фрикционный демпфер (гаситель) крутильных колебаний.

У подавляющего большинства автомобилей картер коробки передач присоединяется непосредственно к картеру сцепления 1, и ступица ведомого диска соединена с первичным валом коробки передач 8 шлицевым соединением, а ведомый вал сцепления отсутствует.

Передний конец первичного вала коробки передач установлен на роликоподшипнике в выточке маховика двигателя, а задний конец – на шарикоподшипнике в картере коробки передач.

Кроме ведущих и ведомых деталей, в сцеплении выделяют группу деталей, осуществляющих его включение-выключение: диафрагменную пружину 6, муфту 10 выключения сцепления с выжимным подшипником 7 и вилку 13 выключения сцепления, и привод сцепления.

Рисунок 5.1 – Однодисковое фрикционное сцепление:

1 – картер сцепления; 2 – маховик двигателя; 3 – фрикционные накладки ведомого диска; 4 – нажимной диск; 5 – опорные кольца; 6 – диафрагменная пружина; 7 – выжимной подшипник; 8 – первичный вал коробки передач; 9 – поролоновые кольца; 10 – муфта выключения сцепления; 11 – шаровая опора вилки; 12 – кожух; 13 – вилка; 14 – шток рабочего цилиндра; 15 – соединительная пластина; 16 – рабочий цилиндр; 17 – штуцер прокачки; 18 – пружина демпфера крутильных колебаний; 19 – ступица ведомого диска

Включение сцепления осуществляется под действием силы, создаваемой нажимной пружиной (пружинами), а выключение – в результате преодоления этой силы при воздействии на педаль сцепления и через привод – на муфту выключения сцепления и пружину (пружины).

Рисунок 5.2 – Корзина сцепления: 1 – диафрагменная пружина; 2 – упругая пластина крепления нажимного диска к кожуху сцепления; 3 и 4 – заклепки крепления пружины к нажимному диску и кожуху

Диски сцепления сжимаются диафрагменной нажимной пружиной 6, разрезанной на лепестки (см. рисунок 5.2, поз. 1), которые выполняют функции рычагов выключения сцепления. Она установлена между кожухом 12 и нажимным диском 4 и зажата почти в полностью распрямленном состоянии между двумя опорными кольцами 5, закрепленными штифтами (или заклепками), расклепанными на кожухе. Наружным краем пружина опирается на выступ нажимного диска и благодаря своей упругости перемещает его в осевом направлении к маховику, зажимая ведомый диск с необходимым усилием.

Муфта 10 выключения сцепления с выжимным подшипником 7 установлена на втулке, по которой может перемещаться вилкой 13 выключения сцепления, шарнирно установленной на шаровой опоре 11, закрепленной в картере сцепления. Вилка входит в выточки муфты выключения сцепления и соединяется с ней фиксирующей пружиной. Наружный конец вилки, выходящий наружу через люк картера, соединен со штоком 14 рабочего цилиндра 16 гидропривода выключения сцепления. В исходное положение механизм включения-выключения сцепления устанавливается с помощью оттяжной пружины вилки (см. рисунок 8.4, поз. 10).

А) б)

Рисунок 5.3 – Корзины сцеплений:

1 – кожух; 2 – диафрагменная пружина; 3 – упорный фланец выключения сцепления; 4 – штифты (или заклепки) крепления опорных колец диафрагменной пружины к кожуху сцепления

Вилка 13 перемещает вперед по втулке муфту 10, которая через выжимной подшипник 7 воздействует на лепестки диафрагменной пружины непосредственно (рисунок 5.3, а) или через упорный фланец выключения сцепления (рисунок 5.3, б). Как правило, упорный фланец соединяется с кожухомсцепления упругими соединительными пластинами, позволяющими фланцу перемещаться в осевом направлении (рисунок 5.4). К фланцу приклеивается фрикционное кольцо, которое обеспечивает вращение наружной обоймы выжимного подшипника при выключении сцепления.

Выжимной подшипник муфты выключения сцепления выполняют закрытым и герметичным. Смазочный материал в него закладывают при сборке.

Надежная передача крутящего момента сцеплением во включенном состоянии без пробуксовывания ведомых дисков обеспечивается достаточной силой трения между трущимися поверхностями, которая зависит от усилия, создаваемого нажимными пружинами.

Рисунок 5.4 – Корзина: 1 – кожух; 2 – упругая пластина; 3 – упорный фланец выключения сцепления

В процессе эксплуатации автомобиля в результате износа фрикционных накладок нажимной диск перемещается в сторону маховика, изменяя жесткость пружин сцепления. В сцеплениях с периферийными цилиндрическими пружинами, которые имеют линейную характеристику упругости 2 (рисунок 5.5), это приводит к снижению нажимного усилия и передаваемого момента трения вплоть до наступления пробуксовывания сцепления.

В сцеплениях с диафрагменной пружиной, которая имеет нелинейную характеристику упругости 1, нажимное усилие при износе накладок поддерживается примерно постоянным. Для выключения сцепления с диафрагменной пружиной необходимо существенно меньшее усилие, чем для сцепления с периферийными пружинами (см. на рисунке 5.5 различие в ординатах Рпр2 и Р^'пр2 при одинаковой деформации ƒ2).

Рисунок 5.5 – Характеристики упругости пружин: 1 – диафрагменной; 2 – цилиндрической

Быстрое и полное отсоединение двигателя от трансмиссии (чистота выключения сцепления) необходимо для безударного переключения передач. Это достигается получением гарантированного зазора между поверхностями трения при полностью выжатой педали сцепления, что обеспечивается принудительным отведением нажимного диска (от ведомого) на определенное расстояние с помощью рычагов выключения или специальных пружин. В сцеплениях с периферийными пружинами для достижения чистоты выключения число нажимных пружин должно быть кратно числу рычагов выключения, что исключает перекос нажимного диска.

Для двухдисковых сцеплений имеются специальные рычажные или пружинные устройства для принудительного перемещения среднего ведущего диска в положение, при котором оба ведомых диска будут находиться в свободном состоянии (рисунок 5.6).

В рычажном устройстве (рисунок 5.6, а), установленном на среднем ведущем диске, винтовая цилиндрическая пружина кручения при выключении сцепления поворачивает равноплечий рычаг. Рычаг, упираясь своими концами в нажимной диск и маховик, устанавливает средний ведущий диск на одинаковом расстоянии от маховика и нажимного диска.

В пружинных устройствах между маховиком и средним ведущим диском расположены отжимные пружины. Величину необходимого перемещения S среднего диска при выключении сцепления под действием этих пружин устанавливают:

- с помощью штоков, расположенных между средним диском и кожухом (рисунок 5.6, б). Штоки, выполненные заодно с шипами, закреплены гайками на среднем диске сцепления. На противоположные концы штоков надеты разрезные кольца, которыми штоки при выключении сцепления упираются в упорные планки, соединенные болтами с кожухом сцепления;

- с помощью регулировочных болтов, ввернутых в кожух сцепления и застопоренных контргайками (рисунок 5.6, в).

При полностью выключенном сцеплении (полностью отведенном нажимном диске) зазор ∆н между трущимися поверхностями в однодисковых сцеплениях составляет 0,75…1,0 мм, в двухдисковых – 0,5…0,6 мм, а в многодисковых – 0,25…0,30 мм, ход нажимного диска не превышает 1,5…2,0 мм у однодисковых и 2,0…2,5 мм у двухдисковых сцеплений.

Плавность включения сцепления диктуется необходимостью снижения динамических нагрузок в трансмиссии при трогании автомобиля с места и переключении передач, что достигается постепенным отпусканием педали сцепления при включении, а также обеспечивается податливостью ведомого диска.

Рисунок 5.6 – Механизмы, обеспечивающие гарантированный зазор между поверхностями трения:

а – рычажный; б – со штоком и отжимной пружиной;

в – с регулировочным болтом и отжимной пружиной; S – рабочий зазор

На плавность включения сцепления также оказывает влияние упругость элементов в механизме выключения. С этой точки зрения сцепление с диафрагменной пружиной, у которой податливые лепестки выполняют функции рычагов выключения, предпочтительнее, чем сцепление с периферийными пружинами, у которого выключение осуществляется жесткими рычагами.

Динамические нагрузки, возникающие в трансмиссии, могут быть пиковыми (единичными) и периодическими.

Пиковые нагрузки возникают при резких изменениях угловых скоростей валов трансмиссии, например при резком включении сцепления броском педали, торможении автомобиля с включенным сцеплением или движении по неровным дорогам.

При резком включении сцепления уменьшается угловая скорость коленчатого вала двигателя ωе и на трансмиссию передается повышенный крутящий момент Мс, который ее закручивает:

Мс = Мe + Је ∙ (dωе / dt),

где Је и (dωе / dt) – соответственно, момент инерции и ускорение вращающихся частей двигателя.

Для исключения поломок в трансмиссии сцепление ограничивает пиковые нагрузки путем пробуксовывания ведомого диска.

Периодические нагрузки возникают в результате неравномерности вращения коленчатого вала двигателя и передаваемого в трансмиссию автомобиля крутящего момента, что вызывает крутильные колебания. Они могут привести к появлению резонанса – резкого повышения уровня амплитуд крутящих моментов и напряжений в деталях трансмиссии. Для снижения уровня крутильных колебаний в конструкцию ведомого диска сцепления (или маховика двигателя) включают специальные демпферы (гасители) крутильных колебаний, которые преобразуют энергию колебаний в теплоту.

Кроме того, демпферы, изменяя жесткость трансмиссии, не допускают возможности наступления резонанса в трансмиссии, выводя резонансные частоты за область рабочих частот двигателя.

Сцепления балансируют в сборе с маховиком двигателя. Допустимый дисбаланс сцепления в сборе при динамической балансировке 0,2…0,8 Н∙см (в зависимости от размеров сцепления), а дисбаланс нажимного диска – 0,10… 0,25 Н∙см. Балансировка нажимного диска достигается высверливанием металла по ободу, а ведомого диска – приклепыванием к нему балансировочных грузиков.