Сцепление

Сцепление, сцепная муфта, механизм транспортных машин для передачи крутящего момента от двигателя внутреннего сгорания к коробке передач. Сцепление обеспечивает кратковременное разъединение вала двигателя и вала трансмиссии, безударное переключение передач и плавное трогание машины с места. В зависимости от числа ведомых дисков различают одно-, двух- и многодисковые сцепления устанавливаемые в автомобилях Сцепления обычно представляют собой одно- или двухдисковую муфту, диски которой сжаты пружинами. Для обеспечения мягкости включения сцепления и уменьшения крутильных колебаний трансмиссии между фрикционными накладками дисков часто устанавливают плоские пружины, а крепление дисков к их ступицам производят через упругую муфту с витыми пружинами и т. п. Выключение сцепления осуществляется педалью через рычажную или гидравлическую передачу, а в тяжёлых машинах с помощью сервопривода. Выключение может быть автоматическим при переключении передач. В качестве сцепления используют также многодисковые масляные муфты, нормально разомкнутые, гидродинамические или гидродинамические в сочетании с фрикционными, а иногда электромагнитные муфты с ферромагнитной смесью.

Компоненты сцепления

Корзина сцепления

Диск сцепления

Выжимной подшипник

Инструменты для монтажа сцепления
Сцепление на вытяжку

Специалисты предрекают традиционному сухому фрикционному сцеплению не очень долгий отрезок оставшейся жизни, но что-нибудь радикально новое пока не предлагается, лишь совершенствуются существующие системы.

Сцепление — один из наиболее консервативных узлов современного автомобиля. Еще с давних времен, после экспериментов с пробуксовкой кожаных ремней на конусных шкивах, человечество пришло к единой схеме — на автомобилях с механическими коробками передач наибольшее распространение получило сухое фрикционное сцепление.

Сегодня, наряду со своей главной функцией — соединения и разъединения двигателя и коробки передач, сцепление выполняет и ряд других важных задач. Оно должно обеспечивать мягкое и плавное трогание с места, позволять быстрое переключение передач, препятствовать передаче крутильных колебаний от двигателя в трансмиссию, а также быть износо¬стойким и легко заменимым. Сцепление, в котором нажимное усилие создается центральной диафрагменной пружиной, уже давно используется в грузовых автомобилях и автобусах вместо традиционных конструкций с цилиндрическими пружинами, размещенными по периферии. Дело в том, что в процессе эксплуатации сцепления традиционной конструкции изнашивание ведомого диска ведет к значительному снижению нажимного усилия. Как следствие — пробуксовка. В свою очередь диафрагменная пружина при той же величине износа не только не снижает нажимное усилие, а наоборот — наблюдается его некоторое возрастание и лишь потом снижение. Характеристика подбирается таким образом, что ведомый диск начинает проскальзывать еще до достижения предельно допустимой степени износа фрикционных накладок. Тем самым замена узла становится необходимой до появления серьезных дефектов, например повреждения нажимных поверхностей заклепками. А еще среди недостатков сцепления с цилиндрическими пружинами можно упомянуть уменьшение нажимного усилия при увеличении числа оборотов и необходимость в большем монтажном пространстве.

Современная диафрагменная нажимная пружина в свободном состоянии представляет собой тарельчатый диск, по форме напоминающий усеченный конус. От отверстия у вершины конуса идут радиальные прорези, образующие лепестки, именно они и выполняют функцию упругих выжимных рычагов. При выжиме лепесткам корзины требуется свободное пространство, обеспечивать которое конструкторам приходится за счет увеличения высоты кожуха сцепления. Это при условии, что выжимной подшипник перемещается по направлению к маховику. Но изменив направление выжима в сторону коробки передач, где свободного места обычно в достатке, можно применить более тонкую, а значит и более легкую конструкцию кожуха. Обратный выжим — основная особенность сегодняшнего сцепления грузовых автомобилей и автобусов. У этой конструкции есть и еще одно, по всей видимости, главное преимущество: за счет выгодного положения плеча рычагов-лепестков центральной пружины вытяжное сцепление при прочих равных условиях требует приложения меньшего выжимного усилия, чем нажимное. Иными словами, тянуть легче, чем толкать. Но тогда для выжимного подшипника требуется надежная фиксация в центре диафрагменной пружины, а его более сложный монтаж по сравнению с нажимным сцеплением можно признать недостатком. Как нам рассказали специалисты сервисного центра, процедура монтажа подшипника в узле представляет собой достаточно ответственную операцию. Встречающееся на практике внезапное разъединение выжимного механизма чаще всего является следствием неквалифицированного ремонта или использования старого крепежа.

Ведомый диск для грузового автомобиля тоже имеет свои определенные особенности. Как элемент трения, расположенный между маховиком и нажимным диском, он выполняет функцию передачи крутящего момента от двигателя в трансмиссию. Но в отличие от электромоторов или газовых турбин двигатели внутреннего сгорания не отличаются постоянством крутящего момента. А колебания, вызванные часто меняющейся угловой скоростью коленчатого вала и неравномерным распределением нагрузки в трансмиссии, способны вызвать резонанс, который будет причиной повышенного износа деталей. Главная роль в устранении возможных резонансных колебаний отводится гасителю крутильных колебаний, входящему в состав ведомого диска. Этот механизм является обязательной частью сцепления любого автомобиля, а в грузовом варианте он, естественно, усиленный. Во включенном сцеплении крутящий момент вигателя передается от фрикционных накла¬-¬док к ступице ведомого диска через цилиндрические пружины, которые образуют основную ступень демпфера. Резонансные колебания в трансмиссии приводят к угловому перемещению ведомого диска то в одну, то в другую сторону, заставляя пружины гасителя попеременно сжиматься и разжиматься. Такое движение ведомого диска относительно ступицы сопровождается поглощением энергии крутильных колебаний за счет трения в гасителе. Так как одни лишь цилиндрические пружины не в состоянии поглотить крутильные колебания, для полноценного демпфирования необходимо дополнительное фрикционное устройство. В грузовых автомобилях для этого чаще всего используют стальные пары трения.

Существует и еще одна конструкция, призванная значительно снизить колебания, — двухмассовый маховик с внутренним упругим элементом и планетарной передачей. Физические исследования трансмиссии показали, что, изменяя соотношение моментов инерции масс, можно сместить резонансный диапазон числа оборотов. При повышении момента инерционной массы коробки передач резонансное число оборотов, при котором возникают сильные шумы, опускается ниже уровня числа оборотов холостого хода и тем самым выходит за пределы рабочего диапазона оборотов двигателя. Остальное дело техники. Конструкторы разделили маховик на две части, которые соединены между собой через демпферные пружины. В результате у двигателя момент инерции уменьшился, а у коробки передач — увеличился. Данная конструкция уже успела себя зарекомендовать на легковых и некоторых малотоннажных автомобилях (Mercedes-Benz Sprinter, Vito), а компании Sachs и LuK разработали такие модели и для грузовиков. Правда, устанавливаются они пока только в экспериментальном порядке. Между тем у грузовых автомобилей помимо равномерности работы появилась и более серьезная проблема. Рост крутящего момента современных моторов, используемых в тяжелых грузовиках, привел к тому, что конструктивные возможности однодисковых сцеплений оказались исчерпаны. А увеличивать диаметр диска или усилие нажимной пружины нельзя. И в трансмиссиях тяжелых машин вновь, как в прежние времена, стали появляться двухдисковые сцепления. Одними из первых новые конструкции предложили немецкие компании Valeo,LIPE, Sachs и LuK. Преимуществом двухдискового сцепления является возможность передачи увеличенного в два раза по сравнению с однодисковым крутящего момента при равной силе прижима. В то же время тепловая напряженность деталей снижена за счет меньшего диаметра дисков. А перегрев, как известно, — главный враг сцепления. Недостатком двухдискового сцепления по сравнению с стандартным однодисковым является увеличенное горизонтальное монтажное пространство и, соответственно, больший вес. Двухдисковое сцепление находит свое применение преимущественно в тяжелых и мощных грузовиках, специальных автомобилях и строительной технике. Но примеров его использования в европейских тягачах немного, так как западные производители в основном используют однодисковые узлы. А на американских грузовиках наоборот — ввиду особых причин используется только двухдисковое сцепление.

Все дело в том, что американская философия в области сцепления, впрочем, как и всей трансмиссии, фундаментально отличается от европейских укладов. Акцент в конструкторских решениях сделан на лишенное излишней чувствительности сцепление с максимально длительным сроком службы. Даже на тяжелых машинах принято обходиться без усилителя в приводе и такая упрощенная конструкция объясняется тем, что сцепление на грузовиках из Нового Света используется только при трогании с места. Консервативные американцы не признают КП с синхронизаторами. Отсутствие этих деталей позволяет в процессе движения осуществлять переключение без выключения сцепления. При необходимости узнать американское сцепление можно по внешнему виду. Характерными чертами являются оригинальные по форме накладки ведомых дисков — в виде сегментов с керамическим покрытием, а также массивный кожух с механизмом вытяжного типа и особая конструкция выжимного подшипника. Любопытно, что между корпусом выжимного подшипника и фланцем КП находится дополнительная деталь под названием тормоз сцепления. Его функция такова: в конце полного хода педали сцепления тормоз, постоянно вращающийся на шлицах первичного вала КП, прижимается переместившимся выжимным подшипником к неподвижной поверхности, останавливая вращение шестерен. Это облегчает переключение передач при неподвижном автомобиле. Сам «тормозок» недорогой, и его можно заменить отдельно, а вот узел сцепления у американских грузовиков принято менять целиком, поскольку ресурс у всех деталей этого узла примерно одинаков.

В свою очередь европейские производители делают привод выключения сцепления на грузовых автомобилях гидравлическим, дополняя его пневмогидравлическим усилителем (ПГУ). Снижение усилия на педали позволяет облегчить работу водителя. Схема, как правило, стандартна. Под педалью располагается гидравлический цилиндр, а в непосредственной близости от силового агрегата — пневмогидравлический механизм, воздействующий через систему рычагов на выжимной подшипник. Отдельного внимания достоин привод выключения сцепления автомобиля Scania 4-й серии. Это так называемый гидравлический выжим, знакомый, к примеру, по легковым автомобилям Saab. ПГУ совмещен с главным цилиндром под педалью в кабине, а рабочий цилиндр, в который поступает только жидкость, выполнен в виде единого блока с выжимным подшипником. Он расположен в картере сцепления на одной оси со ступицей ведомого диска и диафрагменной пружиной. Поскольку в данной системе используется небольшое количество компонентов (отсутствуют шток и рычаг), она теоретически имеет определенные преимущества по сравнению с обычной схемой. Но, как показала жизнь, система оказалась недостаточно практичной, и на более свежих моделях Scania серии P и R с 2003 г. вновь стала использоваться обычная схема с вилкой сцепления и выносным цилиндром, расположенным на картере сцепления.

Любопытно, что шток сцепления, связывающий ПГУ и рычаг, как правило, имеет регулировку по длине. Изменением его длины удается компенсировать увеличение свободного хода выжимного подшипника при износе ведомого диска. Также по выходу штока из ПГУ косвенно можно судить об износе ведомого диска. Такой способ контроля, к примеру, входит в объем регламентного обслуживания грузовиков Volvo и Scania. А уж если сцепление забуксовало — следует учесть, что это явление прогрессирующее, и тянуть с ремонтом не стоит. Данное правило касается любых типов сцеплений.

Одиночный сухой ведомый диск сцепления

Существует много различных типов сцепления, но большинство основано на одном или нескольких фрикционных дисках, плотно сжатых друг с другом или с маховиком пружинами. Фрикционный материал очень похож на используемый в тормозных колодках и раньше почти всегда содержал асбест, в последнее время используются безасбестовые материалы. Плавность включения и выключения передачи обеспечивается проскальзыванием постоянно вращающегося ведущего диска, присоединенного к валу двигателя, относительно ведомого диска, соединенного через шлиц с коробкой передач. Усилие от педали сцепления передается на механизм путем гидравлического привода или троса. Выжимание педали сцепления разжимает диски сцепления, в итоге оставляя между ними свободное пространство, а отпускание педали приводит к плотному сжатию ведущего и ведомого дисков. Почти все стандартные типы сцепления содержат пружины демпфера крутильных колебаний (видны на снимке), служащие для выравнивания небольших постоянных колебаний момента, неизбежно возникающих при передаче его шестернями коробки передач.

Классификация

По виду энергии различают механические, гидравлические и электромагнитные муфты сцепления. Наиболее распространённые механические муфты сцепления подразделяют:

  • По виду трения – на сухие и работающие в масле (мокрые).
  • По режиму включения – постоянно замкнутые и непостоянно замкнутые.
  • По числу ведомых дисков – одно- , двух- и многодисковые.
  • По типу и расположению нажимных пружин – с расположением пружин по периферии нажимного диска и с центральной диафрагменной пружиной.
  • По способу управления – с механическим, гидравлическим, электрическим или комбинированным приводом (например, гидромеханическим).
Устройство однодискового сцепления (на примере сцепления автомобиля ЗиЛ – 130)

  • Маховик.
  • Нажимной диск.
  • Ведомый диск.
  • Первичный вал коробки передач.
  • Рычаги выключения.
  • Опорные вилки рычагов.
  • Картер.
  • Выжимной подшипник с муфтой выключения сцепления.
  • Пружины.
  • Вилка выключения сцепления.
  • Кожух сцепления.
  • Педаль с приводом сцепления.
  • Регулировочные гайки.
Принцип действия:

При нажатии на педаль вал поворачивается и через рычаги и тягу действует на вилку выключения сцепления, а она – на муфту выключения сцепления с выжимным подшипником. Муфта с подшипником перемещается и нажимает на внутренние концы рычагов, которые отводят своими наружными концами нажимной диск от ведомого диска. При этом нажимные пружины сжимаются – сцепление выключено, и крутящий момент от двигателя к трансмиссии не передаётся. После отпускания педали муфта выключения сцепления с подшипником возвращаются в исходное положение под действием пружин. Под действием нажимных пружин нажимной диск прижимается к маховику – сцепление включено, крутящий момент передаётся от двигателя к коробке передач. Плавную передачу крутящего момента при включении сцепления обеспечивают демпферные пружины, вмонтированные в ведомый диск.

Устройство двухдискового сцепления (на примере сцепления трактора Т – 150К)

Общее устройство:

  • Маховик.
  • 2 ведомых диска.
  • Промежуточный ведущий диск.
  • Нажимной ведущий диск.
  • Нажимные пружины.
  • Кожух.
  • Вилки рычагов.
  • Рычаги выключения сцепления.
  • Выжимной подшипник.
  • Вилка выключения сцепления.
  • Отжимные пружины.
  • Привод сцепления с пневматическим усилителем.
Принцип действия:

При нажатии нажимным подшипником на рычаги они оттягивают нажимной диск. Нажимной диск отходит от первого ведомого и отпускает отжимные пружины. Они отпускают промежуточный ведущий диск, а он отходит за счёт других отжимных пружин от второго фрикционного, настолько же, насколько нажимной отошёл от первого фрикционного. При обратном движении отжимные пружины способствуют равномерному прижатию промежуточного диска ко второму ведомому и нажимного – к первому ведомому.

Привод сцепления с пневматическим усилителем – предназначен для уменьшения усилия, прилагаемого на педаль выключения сцепления. Устройство: педаль, тяга, золотник (клапан управления), шланги, пневмокамера, рычаги, тормозок, первичный вал с барабаном тормоска. Принцип действия: При отпущенной педали впускной клапан золотника закрыт, а выпускной открыт. При нажатии на педаль усилие через тягу и золотник передаётся на вилку выключения сцепления. В это время в золотнике открывается впускной клапан и закрывается выпускной – корпус золотника надвигается на выпускной клапан, выпускной клапан прижимается к впускному и закрывается, а впускной этим движением открывается. Воздух через впускной клапан поступает в пневмокамеру, она за счёт давления помогает нажать вилку выключения сцепления.

Сцепление предназначено для кратковременного разъединения двигателя и трансмиссии с последующим их плавным соединением, что необходимо при трогании автомобиля с места, переключении передач, торможении и остановке.

По характеру передачи крутящего момента различаются фрикционные, гидравлические и электромагнитные сцепления, по способу управления — с механическим, гидравлическим или пневматическим приводом от педали.

Наиболее широко применяются фрикционные сцепления с механическим или гидравлическим приводом, у которых крутящий момент передается от ведущих частей к ведомым силами трения на поверхности их контакта. На некоторых автомобилях большой грузоподъемности устанавливается гидравлическое сцепление, которое уменьшает динамические нагрузки в трансмиссии, улучшает тяговые свойства автомобиля на малых скоростях, но не обеспечивает полного разъединения и соединения двигателя с трансмиссией.

Механический привод сцепления наиболее прост по конструкции; гидропривод имеет лучший доступ, обеспечивает большую плавность включения сцепления и возможность лучшей герметизации пола кузова; пневмопривод значительно снижает необходимое усилие на педаль. Фрикционное сцепление с механическим приводом в качестве ведущих частей имеет маховик двигателя с привернутым к нему кожухом, внутри которого с помощью рычагов на шарнирах установлен нажимной диск. К ведомым частям относятся ведомый диск и вал сцепления (он же первичный вал коробки передач, соединенные между собой шлицами. Сцепление включено, когда педаль отпущена и муфта с выжимным подшипником под действием его пружины находится в крайнем правом положении. Благодаря зазору а между подшипником и рычагами пружины зажимают ведомый диск между маховиком и нажимным диском. Рабочие поверхности ведомого диска имеют фрикционные накладки, изготовленные из материала на асбестовой основе. За счет сил трения крутящий момент от коленчатого вала и маховика передается через ведомый диск валу сцепления и далее ведущим колесам.

Сцепление выключается нажатием педали, что вызывает поворот рычага-вилки и перемещение влево выжимного подшипника, который через рычаги отводит нажимной диск от ведомого, преодолевая сопротивление пружин. Трение ведомого диска о поверхности маховика и нажимного диска прекращается, и крутящий момент не передается валу сцепления. Включая сцепление, водитель плавно отпускает педаль, и под действием пружин поверхности ведомого диска, маховика и нажимного диска входят в соприкосновение. Вначале сила сжатия этих поверхностей невелика, и происходит только проскальзывание (буксование) поверхностей маховика и нажимного диска относительно ведомого диска. Момент сцепления, определяемый в основном силой сжатия рабочих поверхностей, при этом недостаточен для преодоления сопротивления движению автомобиля. Вал сцепления и ведомый диск неподвижны, и работа двигателя затрачивается на трение рабочих поверхностей сцепления, что вызывает их нагрев. При дальнейшем отпускании педали сила пружин, сжимающая поверхности маховика, нажимного и ведомого дисков, возрастает, увеличивая момент сцепления. Когда его величина превысит момент сопротивления движению автомобиля, ведомый диск и вал сцепления начнут вращаться, а автомобиль — двигаться. В это время часть работы двигателя расходуется на ускорение автомобиля, другая часть — на буксование рабочих поверхностей сцепления. По мере отпускания педали и возрастания момента сцепления буксование уменьшается, а скорость автомобиля увеличивается, и при отпущенной педали полная величина момента сцепления обеспечивает возможность передачи всего крутящего момента двигателя к ведущим колесам.

Во время трогания автомобиля скорость вращения ведомого диска возрастает, а вращение маховика замедляется. Чтобы число оборотов маховика и коленчатого вала не стало меньше минимально устойчивых оборотов и двигатель не заглох, необходимо педалью подачи топлива увеличить обороты и крутящий момент двигателя.

Условия работы предъявляют к приведенной схеме конструкции сцепления требования полного выключения, когда ведущие части не ведут за собой ведомые, наименьшего нагрева и износа рабочих поверхностей, плавного и полного включения без пробуксовывания рабочих поверхностей включенного сцепления.

Полное выключение сцепления происходит при наличии зазора с каждой стороны ведомого диска величиной около 1 мм, что достигается перемещением нажимного диска примерно на 2 мм за счет рабочего хода педали в пределах от 100 до 130 мм.

Для уменьшения нагрева и износа рабочих поверхностей на поверхности фрикционных накладок ведомого диска делаются радиальные канавки, улучшающие отвод тепла и удаление продуктов изнашивания. Кожух сцепления имеет лопасти, картер — окна, что повышает интенсивность охлаждения деталей сцепления.

Плавность включения требует от водителя постепенного отпускания, педали и обеспечивается также конструкцией ведомого диска. Его рабочая поверхность имеет упругость, так что вступление ее в контакт с поверхностью маховика и нажимного диска происходит плавно, чем и достигается постепенное увеличение силы трения, и момента сцепления. Ступица ведомого диска имеет фрикционно-пружинное устройство гасителя (демпфера) крутильных колебаний, возникающих из-за неравномерного вращения коленчатого вала и резкого изменения скорости вращения вала сцепления при движении по дорожным неровностям. Кроме повышения плавности включения сцепления это устройство уменьшает динамические нагрузки на детали трансмиссии, увеличивая их долговечность.

Полное включение сцепления гарантируется при зазоре а величной 2—4 мм, что требует свободного хода педали 30— 50 мм. В этих условиях сцепление испытывает значительные динамические нагрузки, связанные с резкими изменениями крутящего момента от двигателя или от трансмиссии. Учитывая, что в условиях интенсивного городского движения количество выключений сцепления водителем на 100 км может достигать 700, характер работы сцепления следует считать очень напряженным.

Чтобы полностью включенное сцепление при работе не пробуксовывало, рабочие поверхности маховика, ведомого и нажимного дисков должны быть сухими. В связи с этим такую конструкцию часто называют сухим сцеплением в отличие от сцепления, работающего в масляной ванне. Момент сцепления при этом должен превышать величину максимального крутящего момента двигателя в 1,2—2,0 раза. Это обеспечивается применением поверхности трения с определенной площадью и нажимных пружин с необходимой силой давления.

На большинстве автомобилей применяется однодисковое сцепление, иногда, чтобы снизить усилие на педаль, в сцеплении применяются меньшая сила давления пружин и увеличенная площадь поверхности трения за счет установки двух ведомых и нажимных дисков.

Вращающиеся части сцепления статически балансируются, что превышает равномерность работы. Это достигается высверливанием металла нажимного диска в сборе с кожухом и установкой специальных грузиков на ведомый диск

Работа сцепления проста - передавать или прерывать передачу крутящего момента от маховика к первичному валу коробки передач. Зачем? С передачей все понятно: колеса должны вращаться, машина ехать. Шлицы ступицы ведомого диска не дают ему провернуться относительно первичного вала коробки передач. А разрывать кинематическую связь трансмиссии с двигателем необходимо, чтобы плавно трогаться, и при переключении передач «выравнивать» угловые скорости вращения коленчатого вала и первичного вала КПП. Делать по возможности это надо мягко. Конечно, в драге слова мягко и плавно - нонсенс, поэтому на быстрых машинах вопрос со сцеплением решается кардинально - полная замена!

Крутящий момент диска сцепления

Представь себе два вращающихся жесткозакрепленных относительно друг друга диска. Один из них - маховик, второй – «корзина». Между ними, как между молотом и наковальней то разгоняясь, то уменьшая свою скорость, вращается диск сцепления – своеобразный «передатчик» момента. Когда сцепление включено, плита нажимного диска «давит» на диск ведомый, прижимает его к маховику и последнему просто некуда деваться - маховик, «корзина» и диск с первичным валом вращаются вместе. При нажатии на педаль сцепления (сцепление выключается), муфта выключения давит на лепестки, лепестки отжимают от маховика плиту нажимного диска, и ведомый диск вращается независимо от двигателя.

«Почему постоянно надо что-то менять?» Даже на обычных моторах сцепление – один из самых нагруженных механизмов. Что же говорить о специально подготовленных монстрах. Поэтому замена сцепления, это чуть ли не следующий шаг после чипа. Попробуем разобраться, что и зачем меняют.

Как ты поняли, ведомому диску приходиться сложнее всего: несколько тонн железа с одной стороны и бешеный крутящий момент с другой. Плюс высокая температура. Почти всем знаком запах паленого сцепления. Это «горят» фрикционные накладки, функция которых заключается в непосредственном контакте с «корзиной» и маховиком. С одной стороны они должны быть «мягкими» для плавного старта, не «кушать» маховик и «корзину», а с другой стороны «жесткими» для приемлемого ресурса и выполнения своего прямого назначения. Но те, кто заражен вирусом штампа «скорость», не привыкли к компромиссам. Поэтому спортивные ведомые диски делают как можно «жестче». Сначала накладки делали из асбеста или органики с металлическими включениями, потом кто-то придумал гламурное слово «суперорганика», из спорта подоспела керамика, теперь вот из космоса пожаловал кевлар. То ли еще будет.

Но материал накладок это еще не все. Важны геометрические параметры (такие очевидные вещи, как дисбаланс, биение и т.д. не затрагиваем, и так понятно, что все должно быть в норме) и масса.

Чем больше площадь контакта диска с маховиком и плитой, при прочих равных условиях, тем больший момент он может «выдержать». Следовательно, чем мощнее двигатель, тем больше в диаметре диск и «корзина». Но до определенного размера, после которого резко возрастает масса вращающихся частей и диаметр картера сцепления, что влечет за собой повышение расположения центра масс. Тупик? Нет, инженеры нашли выход – многодисковые сцепления, компактные, легкие и с огромной площадью контакта. Недостаток которых – сложность конструкции и конечно же цена.

«Сколько вешать в граммах?» Другое направление тюнинга «сцепы» – уменьшение веса диска. И не надо смеяться. Несколько сот грамм вращающихся со скоростью 7000 об/мин превращаются в потерянные секунды на квотере. Здесь то и пригодились «агрессивные» материалы, пришедшие из автоспорта. Они дали возможность уменьшить рабочую площадь. Диск стали делать не сплошным, а сегментным. Сейчас в продаже можно встретить диски с всего лишь двумя(!!!) сегментами. Жертвой такого экстремизма пал ресурс маховика… Кстати, хоть формально маховик и не относиться к сцеплению, но при замене комплекта сцепления зачастую меняют и его. Предпочитают легкий, из алюминия со вставками в рабочей плоскости. Вкупе это серьезно уменьшает время раскрутки двигателя до максимальных оборотов. Придает ему «живой и веселый» характер. Одновременно ухудшает плавность работы ДВС, но кто о ней вспоминает на стартовой прямой? Результаты эволюции ведомых дисков и их краткую характеристику мы свели в специальную таблицу

Еще недавно «корзины» встречались двух видов: «лапковые» и лепестковые (диафрагменные). Не будем вдаваться в подробности, просто сообщим итог - эволюция не оставила «лапкам» ни одного шанса. Они проиграли по всем статьям и сейчас практически не применяются. Задача нажимного диска – плотно прижимать ведомый диск к маховику. И все! Однако есть небольшой нюанс. Сила прижима диска напрямую зависит от усилия необходимого для преодоления этой самой силы. Многие клиенты таких мощных машин какPorsche Turbo жаловались на огромное усилие на педали сцепления. Здесь ничего не поделаешь, выхода два: либо большой ход педали (что ни есть хорошо для информативности привода), либо чрезмерное усилие (что в принципе терпимо и даже полезно для здоровья). «Там где плавится пластмасса». В наш век повсеместного применения полимеров, муфты выключения стали изготавливать из пластмасс. На сток лучше и не надо: муфта стала легче, дешевле, меньше подвержена коррозии и износу. Но на тюненых машинах, в связи с возросшими нагрузками, резко возрастает температура всего узла и пластмасса порой не справляется. Поэтому тюнинг выжимного подшипника сводится к замене муфты на более надежную металлическую.

Вместо итога. Все в тюнинге требует сугубо индивидуального подхода и решений под конкретные задачи. Мы увидели, что даже такой утилитарный узел как сцепление может быть абсолютно разным. Резким и плавным, мягким и жестким, легким и тяжелым. Выбор только за тобой. В этом и есть философия тюнинга.

АНАЛИЗ КОНСТРУКЦИИ И РАБОТЫ МОДЕРНИЗИРУЕМОГО УЗЛА

Чтобы проанализировать все недостатки и преимущества модернизированного узла (муфты сцепления), рассмотрим устройство и принцип работы муфты сцепления до модернизации.

Силовая передача включает в себя сцепление Лайп, коробку передач, привод ПВМ и задний мост. Она служит для передачи крутящего момента от коленчатого вала дизеля к передним и задним колесам.

Одной из составляющих силовой передачи и является наш объект модернизации – сцепление Лайп.

Рис. 2.1 Сцепление Лайп.

  • 1,1а-диск ведомый Лайп
  • 2,2а-накладка
  • 3-диск нажимной Лайп
  • 4-палец
  • 5-шайба
  • 6-шплинт
  • 7-рычаг отжимной
  • 8-вилка
  • 9-пружина
  • 10-диск опорный Лайп
  • 11-гайка регулировочная
  • 12-шайба стопорная
  • 13-шайба
  • 14-болт
  • 15-шайба
  • 16-гайка
  • 17-заклепка
  • 18-ступица
  • 19-демпфер
  • 20-втулка
  • 21-заклепка
  • 22-шайба
  • 23-стакан
  • 24, 24а-пружина
  • 25-шайба изолирующая
  • 26-шайба
  • 27-болт
  • 28-пластина
  • 29-втулка
  • 30-заклепка

Силовая передача включает в себя сцепление Лайп, коробку передач, привод ПВМ и задний мост. Она служит для передачи крутящего момента от коленчатого вала дизеля к передним и задним колесам.

Одной из составляющих силовой передачи и является наш объект модернизации – сцепление Лайп.

На рис.2.1 показано сцепление фрикционное, однодисковое, постоянно замкнутое. Ведущей частью муфты сцепления является маховик, нажимной диск 3, имеющий три шипа, которые входят в специальные пазы маховика. К ведомой части сцепления относятся ведомый диск 1 с гасителем крутильных колебаний 19, установленный на силовом валу. Необходимое усилие прижатия трущихся поверхностей ведущей и ведомой частей сцепления для передачи крутящего момента от дизеля к трансмиссии обеспечивается девятью пружинами 24.

Диск 3 имеет рычажные механизмы 7, обеспечивающие автоматическую регулировку его положения при выключении сцепления.

Опорами отжимных рычагов служат вилки 8, закрепленные на диске с помощью регулировочных гаек 11.

Такая муфта сцепления широко применяется на тракторах Беларус серии 800, 900, 1000. Он неплохо себя зарекомендовала в работе, выдерживала сложные режимы работы. Однако и имела ряд нареканий. При частых включениях и выключения муфты повышался тепловой режим, фрикционные диски теряли свои физико-химические свойства, что приводило к повышенному износу фрикционного слоя, в следствие чего приводило к буксованию сцепления.

Наша модернизация больше коснется нажимного устройства муфты сцепления. На рис.2.2 показан эскиз модернизированной муфты сцепления.

Рис. 2.2 Муфта сцепления с тарельчатой пружиной

В данной конструкции муфты сцепления вместо радиально расположенных нажимных пружин установлена одна тарельчатая пружина поз.12 рис.2.2. Также нужно учесть, что данная муфта сцепления работает в масле. Одним из основных преимуществ ФС, работающих в масле «мокрых», по сравнению с «сухими» ФС, является их надежность и долговечность, отсутствие частых эксплуатационных регулировок. Это связано с меньшим изнашиванием пар трений(ПТ), лучшим отводом теплоты от них и большей стабильностью их коэффициентов трения.

Применение смазывания пар трений фрикционного сцепления (ФС) уменьшает их коэффициент трения до 0,07…0,09 вместо 0,25…0,3 у сухих ФС, но при этом позволяет почти десятикратно увеличить давление на них и примерно в 2 раза сократить площадь контакта дисков из-за наличия канавок на их поверхности.

Смазывание ПТ ФС качественно меняет на трибологические процессы при буксовании «мокрых» ФС, обеспечивая жидкостное и полужидкостное (граничное) трение. Под последним обычно понимают такой режим работы мокрого ФС, когда трущиеся поверхности ПТ разделены тончайшей масляной пленкой (толщиной менее 0,1 мкм), фактически на молекулярном уровне, препятствующей непосредственному контакту ПТ. Этим обеспечивается малое изнашивание ПТ при высоких усилиях сжатия и постоянный их коэффициент трения. Увеличение толщины разделительной масляной пленки ведет к нежелательному снижению коэффициента трения, а ее разрыв — к резкому увеличению изнашивания ПТ. Следовательно, положительные качества мокрых ФС зависят от определенных внешних условий, обеспечивающих именно граничное трение на фрикционных парах, что неизбежно ведет к существенному усложнению конструкции мокрых ФС по сравнению с сухими.

Повышенная сложность мокрых ФС предопределила более широкое применение сухих ФС, отличающихся относительной конструктивной простотой и достаточной надежностью работы в прошлые годы, когда энергонасыщенность тракторов и других тяговых машин и их рабочие и транспортные скорости резко отличались от современных.

Вместе с тем опыт эксплуатации сухих ФС показал, что они имеют ряд недостатков, обусловленных главным образом непостоянством коэффициентов трения при изменениях температур ПТ и их повышенным износом, связанным с ростом энергонасыщенности машин.

Непрекращающийся поиск наиболее долговечных фрикционных материалов, совершенствование конструкций сухих ФС и другие научные исследования, проводимые в нашей стране и за рубежом, значительно повысили их ресурс; особенно это коснулось ФС для сельскохозяйственных тракторов, комбайнов, легковых и большинства грузовых автомобилей. Одновременно стало выясняться, что для тяжелых промышленных тракторов, вследствие специфики их работы и повышенных сил тяги, сухие ФС не могут обеспечить при заданных геометрических размерах необходимой долговечности ПТ.

Отсюда правомерен все нарастающий интерес к применению на мощных тракторах мокрых ФС, потенциально более надежных и долговечных, о чем было сказано ранее. В автомобилях их использование весьма ограничено.

Тенденция повышения энергонасыщенности и тяги тракторов, особенно промышленных, четко прослеживается и в том, как растет количество зарубежных патентов мокрых ФС по десятилетиям, начиная с 30-х годов. Если в 30-е и 40-е годы были зарегистрированы соответственно только один и три патента и все они были американских фирм, производящих ФС, то в 50-е гг. появились 34 патента Великобритании и 40—Франции. Значительный рост числа патентов прослеживается в 60-е гг., когда во всем мире начался период более резкого роста энергонасыщенности тракторов и других тяговых машин. Особенно большое число патентов зарегистрировано в 70-е гг. — 41, и среди них появились патенты ФРГ, Японии и других стран. В начале 80-х годов также появились новые патенты в ФРГ и США.

Наибольшее число патентов в области создания мокрых ФС имеет фирма «Борг Уорнер» (США), разработавшая разнообразные их конструкции, включая успешно применяемый унифицированный ряд мокрых ФС «Рокфорд Клач».

Фирмы «Катерпиллер» и «Джон Дир» (США) на все выпускаемые тракторы с механическими трансмиссиями устанавливают мокрые ФС с дисками одинакового диаметра, число которых зависит от передаваемого крутящего момента. Фирма «Лайп Рол-лвей» (США) изготовляет мокрые ФС диаметром от 300 до 380 мм пяти типоразмеров. По данным фирмы, долговечность этих ФС примерно в 30 раз больше, чем у сухих ФС того же типоразмера. Вопросами совершенствования подачи масла в зону трения мокрых ФС занимаются фирмы «Дженерал моторе», «Дэй-на» (США) и др.

Ведущей западногерманской фирмой по разработке и производству сухих и мокрых ФС является фирма «Фихтель и Сакс», совершенствующая в основном способы подвода масла в зону трения. Разработкой мокрых ФС занимаются также «Даймлер Бенц», «Зюдойч Кюхль-фабрик» и другие фирмы ФРГ.

В Великобритании фирмами, владеющими патентами по мокрым ФС, являются «Дэвид Браун» «Аутомотив Продактс» и «Г. К. Н. трансмишн», также совершенствующие подачу масла в зону трения.

Японские фирмы «Нисан Мотор», «Дэйкин Сейсакушо» и «Ей-син Сейкин Кабушики Каиша» тоже работают над совершенствованием подачи масла в зону ПТ, от которой в значительной степени зависит надежная и долговечная работа мокрого ФС.

Использование масла в мокром ФС, выполняющего функции жидкостного охлаждения и смазывания ПТ, влечет за собой появление целого комплекса проблем, которые в большей или меньшей степени влияют на надежность самого ФС. К ним в первую очередь надо отнести подбор фрикционных материалов ПТ, способы их охлаждения и смазывания и ряд других, включая способы, обеспечивающие «чистоту» размыкания дисков и повышающие надежность применяемых уплотнений.

Следует отметить, что применение мокрых ФС стало возможным только после создания фрикционных материалов, стойких к воздействию масла.

Наиболее высокой стойкостью к минеральным маслам обладают спеченные материалы, пористая структура которых способствует адсорбированию и удержанию масляной пленки, обеспечивающей граничное трение во фрикционной паре.

Из асбофрикционных материалов на органическом связующем для работы в масле используются в основном эластичные тканые материалы с масляной пропиткой, пластмассы и фрикционные материалы на комбинирующем связующем.

Иногда в мокрых ФС применяются чисто металлические фрикционные пары, поверхность трения которых сульфацианируется Для улучшения противозадирности и прирабатываемости. а также для повышения износостойкости и усталостной прочности.