Назначение и принцип работы фрикционного сцепления

Строительные машины и оборудование, справочник

Назначение и принцип работы фрикционного сцепления

Назначение сцепления — разъединять двигатель и коробку передач во время переключения передач и вновь плавно соединять их, не допуская резкого приложения нагрузки, а также обеспечивать плавные трогание автомобиля с места и его остановку без остановки двигателя. При резком торможении без выключения сцепления оно, пробуксовывая, предохраняет трансмиссию от перегрузок инерционным моментом. Во включенном состоянии сцепление должно надежно соединять двигатель с трансмиссией, не пробуксовывая. Подавляющее большинство сцеплений, применяемых на отечественных автомобилях, относится к фрикционным сухим дисковым сцеплениям, в которых использованы сила трения сухих поверхностей. По числу ведомых дисков сцепления делят на одно- и двухдисковые.

Наибольшее распространение получили однодисковые сцепления благодаря простоте их конструкции, надежности, «чистоте» выключения и плавности включения, а также удобству при эксплуатации и ремонте. Двухдисковые сцепления применяют в тех случаях, когда необходимо передать большой крутящий момент.

Сцепление состоит из ведущей и ведомой частей, нажимного механизма и механизма выключения. Детали ведущей части сцепления воспринимают от маховика крутящий момент двигателя, а детали ведомой части передают этот момент первичному валу коробки передач. Нажимной механизм обеспечивает плотное прижатие ведущей и ведомой частей сцепления для создания необходимого момента трения. Механизм выключения служит для управления сцеплением. Привод выключения сцепления может быть механическим или гидравлическим. Для облегчения выключения сцепления в некоторых конструкциях применен пневматический усилитель.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Дополнительные материалы по теме:

Ведущая часть однодискового сцепления имеет маховик с обработанной торцовой поверхностью, нажимной диск, кожух муфты сцепления и направляющие пальцы. Ведомая часть однодискового сцепления имеет ведомый диск с фрикционными накладками из прессованного асбеста или медно-асбестовой плетенки и первичный вал коробки передач. Нажимной механизм образуют нажимные пружины, установленные в кожухе. В состав механизма выключения сцепления входят оттяжные пальцы, опоры выключающих рычагов, отжимные рычаги, передвижная муфта, педаль, тяга педали, вилка выключения, оттяжная пружина. Все детали сцепления помещены внутри картера маховика.и картера муфты сцепления.

При включенном сцеплении крутящий момент от коленчатого вала через маховик и нажимной диск благодаря трению передается зажатому . между ними ведомому диску, ступица которого имеет шлицевое соединение с первичным валом коробки передач. Для выключения сцепления нажимают на педаль, которая через тягу, вилку и муфту, через рычаги и пальцы отводит назад нажимной диск. При этом сжимаются пружины и освобождают ведомый диск, по обеим сторонам которого образуются зазоры. При плавном отпускании педали пружины возвращают все детали механизма выключения в исходное положение, т. е. пружины постепенно прижимают нажимной диск к ведомому диску, а последний — к поверхности маховика.

Рис. 1. Сцепления:
а — однодисковое; б — двухдисковое; 1 — коленчатый вал двигателя; 2 — маховик; 3 — ведомый диск с фрикционными накладками; 4 — нажимной диск; 5 — картер муфты сцепления; 6 — кожух муфты сцепления; 7 — оттяжные пальцы; 8 — опоры выключающих рычагов; 9 — отжимной рычаг; 10 — передвижная муфта; И — первичный вал коробки передач; 12 — педаль; 13 — тяга; 14 — вилка выключения; 15 — оттяжная пружина; 16 — нажимная пружина; 17 и 23 — направляющие пальцы; 18 — роликоподшипник; 19 — отжимная пружина промежуточного диска; 20 — регулировочный болт промежуточного диска; 21 — нажимной (ведущий) диск; 22 — задний ведомый диск; 24 — промежуточный (ведущий) диск; 25 передний ведомый диск

В двухдисковом сцеплении (рис. 1, б) ведущая часть состоит из двух дисков, а ведомая — из двух дисков. Для обеспечения необходимых зазоров между ведущими и ведомыми дисками в выключенном состоянии (т. е. для «чистоты» выключения) служит отжимная пружина и регулировочный болт промежуточного диска. Нажимные пружины могут быть винтовыми или диафрагменными. Винтовые пружины равномерно располагают по периферии окружности, а центральную пружину устанавливают одну.

Для облегчения управления сцеплением и плавности его включения применен гидравлический привод управления сцеплением. Плавность включения обеспечивают также пружинящие ведомые диски. Для этого накладку (рис. 2, а) с одной стороны диска крепят к его секциям пластинчатыми пружинами, изогнутыми впереди, а накладку с другой стороны диска — такими же пружинами, изогнутыми назад. Это обеспечивает в свободном состоянии зазор между накладками, равный 1—2 мм. Пружинящие свойства ведомого диска могут быть также усилены установкой под одну из накладок плоских пружин. Уменьшение зазора между накладками в процессе включения сцепления обеспечивает плавность соприкосновения трущихся поверхностей и возрастания силы трения.

Для предохранения валов трансмиссии от крутильных колебаний ставят гаситель крутильных колебаний (демпфер), увеличивающий плавность включения сцепления и повышающий долговечность деталей трансмиссии.

Пружины гасителя крутильных колебаний обеспечивают упругую связь ведомого диска сцепления с его ступицей. Подбором стальных колец регулируют силу сжатия ведомого диска, гасителя и ступицы, а также фрикционных (паронитовых) колец.

Рис. 2. Гаситель крутильных колебаний:
а — детали гасителя; б — нерабочее положение; в — рабочее положение; 1 и 10 — накладки диска; 2 — пластинчатые пружины; 3 — ведомый диск; 4 — фрикционные кольца; 5 — штифт; 6 — ступица ведомого диска; 7 — регулировочные кольца; 8 — пружины; 9 — гаситель крутильных колебаний

При отсутствии передачи крутящего момента прорези фланца ступицы (рис. 2, б) и ведомого диска, в которых расположены пружины, совпадают. При передаче же крутящего момента (рис. 2, в) от диска к ступице пружины вступают в действие, диск повертывается на некоторый угол по отношению к фланцу ступицы 6 ив дисках гасителя возникает трение. Предельное угловое смещение дисков ограничено размером вырезов во фланце ступицы под штифты, соединяющие диск и гаситель.

Все вращающиеся части сцепления балансируют.

Рекламные предложения:

Читать далее: Устройство и работа однодисковых сцеплений с периферийными пружинами

Категория: —
Устройство автомобиля

Главная → Справочник → Статьи → Форум

Конструирование и расчет фрикционного сцепления автомобиля (стр. 2 из 3)

4.1 Выбор основных параметров сцепления

С учетом данных ОСТ 37.001.463-87 по максимальному моменту двигателя M_emax= 190 Н×м предварительно выбираем сцепление. В соответствии с определением с внешним диаметром сцепления и ГОСТом 1786-95 устанавливаем размеры накладок: D_н = 250 мм; D_в = 155 мм; толщина накладки = 4,0 мм.

4.2 Расчет сцепления на износ

Требуемое нажимное усилие на поверхностях трения вычисляется по формуле

где b — коэффициент запаса сцепления, принимаем b = 1,8;

m — коэффициент трения, принимаем m = 0,3;

i – число поверхностей трения, у однодискового сцепления i = 2

Удельное давление на фрикционные накладки

Величина q оказывает существенное влияние на интенсивность износа накладок и не должна превышать рекомендуемых значений (0,15…0,25 МПа)

Для расчета работы буксования используют формулы, базирующиеся на статической обработке экспериментальных данных. Для практических расчетов может быть использована следующая формула

где J_a – приведенный момент инерции автомобиля, Н×м×с²;

w_е – угловая скорость вращения коленчатого вала, с^-1;

М_y — момент сопротивления движению автомобиля, приведенный к коленчатому валу двигателя, Н×м

Момент инерции J_aопределяют по формуле

где i_k и i₀ – передаточные числа коробки перемены передач и главной передачи, по заданию i_k = 3,1 и i₀ = 5,3;

m_a – полная масса автомобиля, по заданию m_a = 3550 кг

Угловая скорость коленчатого вала двигателя при максимальной скорости

Угловая частота вращения коленчатого вала двигателя в момент включения сцепления

Приведенный момент сопротивления движению

где y — коэффициент суммарного сопротивления дороги;

h_тр – коэффициент полезного действия трансмиссии

Расчет работы буксования

Удельная работа буксования

Массу нажимного диска находим из формулы

где g — доля теплоты, приходящаяся на рассчитываемую деталь, g = 0,5;

с – удельная массовая доля чугуна, с = 481,5 (Дж/(кг×град))

Исходя из массы диска и плотности материала определим толщину нажимного диска

4. 3 Расчет деталей

4.3.1 Нажимной диск

Нажимной диск обычно выполняется из чугуна, который имеет низкое сопротивление растяжению и при воздействии центробежных сил может разрушится. Поэтому он проверяется по величине окружной скорости

4.3.2 Цилиндрическая нажимная пружина

Нажимное усилие одной пружины вычисляют по формуле

где Р₁ – номинальная сила, действующая на пружину;

Z_n – число пружин;

Dl – рабочий ход пружины, принимаем равным 3,0 мм

При выключении сцепления деформация пружин увеличивается на величину хода Dl, в результате чего сила упругости возрастает до значения Р₂. Управление сцеплением не затрудняется, если усилие пружин при деформации увеличится на величину не более 10-20%,т.е.

Задаемся индексом пружины

Определяем коэффициент, учитывающий кривизну витков и влияние поперечной силы

Диаметр проволоки

С ГОСТ 14963-78 номинальный диаметр принимаем d = 5,0 мм

Средний диаметр пружины:

Жесткость пружины составляет величину

Число рабочих витков пружины:

где G – модуль упругости при кручении;

принимаем G = 80 Гпа

Полное число витков

Так как посадка витка на виток не допустима, то при предельной нагрузке Р₂, должен оставаться зазор между витками

Шаг пружины t, в свободном состоянии

Высота полностью сжатой пружины

Высота пружины в свободном состоянии

Высота пружины при предварительной деформации (под нагрузкой Р₁)

4. 4 Расчет вала сцепления

Вал сцепления рассчитывают на кручение по максимальному крутящему моменту двигателя M_emax. Диаметр вала в самом узком сечении должен быть не менее

где [t] – допускаемые касательные напряжения, [t] = 100 МПа

В соответствии с ГОСТ 6636-69 – «Основные нормы взаимозаменяемости. Нормальные линейные размеры» расчетный диаметр вала принимаем d_в = 21 мм.

4.5 Ступица ведомого диска

Для применяемых соотношений элементов шлицевых соединений основным является расчет на смятие

где a — коэффициент точности прилегания шлицев, a = 0,75;

z – число шлицев;

F – расчетная площадь шлицев, м²;

r_ср – средний радиус шлицев, м

Рабочая площадь шлицев

где l – рабочая длина шлицев;

D и d – диаметр вершин и диаметр впадин шлицев, соответственно, м;

f – фаска у головки зуба

Средний радиус шлицев

Для применяемых соотношений элементов шлицевых соединений основным является расчет на смятие

4. 6 Подшипник выключения сцепления

Динамическая нагрузка на подшипник выключения

где Р – эквивалентная динамическая нагрузка, Н;

L – долговечность подшипника, млн. об.;

n- степень для шариковых подшипников, n = 3

Эквивалентная динамическая нагрузка определяется по формуле

где Q – осевое усилие на подшипник, Н;

Y – переводной коэффициент осевой нагрузки, Y = 2,3;

k_б – коэффициент безопасности, k_б = 1,55;

k_т – температурный коэффициент, k_т = 1,0

Осевое усилие, действующее на подшипник, вычисляется по формуле

где i_p – передаточное число рычагов выключения, i_p = 4

Эквивалентная динамическая нагрузка

Долговечность подшипника вычисляется по формуле

где 0,1 – коэффициент, показывающий, что время работы подшипника составляет 10% от времени работы автомобиля;

S – пробег автомобиля до капитального ремонта, км;

Требования к сцеплению

Лекция
12

сцепление.
Назначение
и типы

Сцеплением
называется
силовая муфта, в которой передача
крутящего момента обеспечивается силами
трения, гидродинамическими силами или
электромагнитным полем. Такие муфты
называются соответственно фрикционными,
гидравлическими и электромагнитными.

Сцепление
служит для временного разъединения
двигателя и трансмиссии и плавного их
соединения.

Временное
разъединение двигателя и трансмиссии
необходимо при переключении передач,
торможении и остановке автомобиля, а
плавное соединение ‑ после
переключения передач и при трогании
автомобиля с места, при этом при помощи
сцепления осуществляется разгон
автомобиля.

При
движении автомобиля сцепление во
включенном состоянии передает крутящий
момент от двигателя к коробке передач
и предохраняет механизмы трансмиссии
от динамических нагрузок, возникающих
в трансмиссии. Такие нагрузки в трансмиссии
возникают при резком торможении
автомобиля, резком включении сцепления,
неравномерной работе двигателя и резком
снижении частоты вращения коленчатого
вала, а также при наезде колес автомобиля
на неровности дороги и т. д.

На
автомобилях применяются различные типы
сцеплений, которые классифицируются
по разным признакам (рис. 1).

Рисунок
1 ‑ Типы
сцеплений, классифицированных по
различным
признакам

Все
сцепления, кроме центробежных, являются
постоянно замкнутыми, т.е. постоянно
включенными и выключаемыми водителем
при переключении передач, торможении
и остановке автомобиля.

Наибольшее
применение на автомобилях получили
фрикционные сцепления ‑ однодисковые
и двухдисковые.

Однодисковые
сцепления применяются на легковых
автомобилях, автобусах и грузовых
автомобилях малой и средней грузоподъемности,
а иногда и большой грузоподъемности.

Двухдисковые
сцепления устанавливают на грузовых
автомобилях большой грузоподъемности
и автобусах большой вместимости.

Многодисковые
сцепления используются очень редко ‑ только
на грузовых автомобилях большой
грузоподъемности.

Гидравлические
сцепления, или гидромуфты, в качестве
отдельного механизма трансмиссии на
современных автомобилях не применяются.
Ранее они использовались совместно с
последовательно установленным фрикционным
сцеплением.

Электромагнитные
сцепления широкого распространения не
получили в связи со сложностью их
конструкции.

Для
надежной работы автомобиля к сцеплению,
кроме общих требований к конструкции
автомобиля, предъявляются специальные
требования, в соответствии с которыми
оно должно обеспечивать:

— надежную
передачу крутящего момента от двигателя
к трансмиссии;

— плавность
и полноту включения;

— чистоту
выключения;

— минимальный
момент инерции ведомых частей;

— хороший
отвод теплоты от поверхностей трения
ведущих и ведомых частей;

— предохранение
механизмов трансмиссии от динамических
нагрузок;

— поддержание
нажимного усилия в заданных пределах
в процессе эксплуатации;

— легкость
управления и минимальные затраты
физических усилий на управление;

— хорошую
уравновешенность.

Выполнение
всех указанных требований обеспечить
в одном сцеплении невозможно. Поэтому
в разных сцеплениях в соответствии с
конструкцией выполняются в первую
очередь главные для них требования.

Рассмотрим
требования, предъявляемые к конструкции
сцепления.

Надежная
передача крутящего момента от двигателя
к трансмиссии.

Сцепление
автомобиля должно обеспечивать
возможность передачи крутящего момента,
превышающего крутящий момент двигателя.
При износе фрикционных пар, когда сила
нажатия пружин ослабевает, сцепление
может пробуксовывать. Длительное
пробуксовывание сцепления приводит к
выходу его из строя.

Момент
М_C,
передаваемый
сцеплением, создается в результате
взаимодействия поверхностей трения
ведомого диска с контртелом (маховиком,
нажимным диском).

Максимальное
значение передаваемого сцеплением
момента определяется уравнением.

М_С = М_е · β = Р_пр · μ · R_ср · i

(1)

где
М_е – максимальный
крутящий момент развиваемый двигателем,
Н·м;

β – коэффициент
запаса;

Р_пр – усилие
пружин сцепления, Н;

μ – коэффициент
трения;

R_ср – средний
радиус ведомого диска, м;

i – число
пар трения.

Обычно
принимают коэффициент запаса β = 1,2…2,5
в зависимости от типа сцепления и его
назначения. Сцепления с регулируемым
давлением пружин
и
сцепления с диафрагменными пружинами
имеют
наиболее низкое значение коэффициента
запаса. Большие значения β коэффициент
запаса принимают для сцеплений грузовых
автомобилей и автобусов.

Надежная
работа сцепления без перегрева и
значительных износов особенно важна в
тяжелых дорожных условиях движения
автомобиля и при наличии прицепа и
полуприцепа, когда имеют место более
частые включения и выключения, а также
буксование сцепления.

Плавность
и полнота включения. Сцепление
должно включаться плавно, чтобы не
вызывать повышенных нагрузок в механизмах
трансмиссии и очень больших ускорений
автомобиля, которые отрицательно влияют
на водителя, пассажиров и перевозимые
грузы. Так, например, при резком включении
сцепления скручивающие нагрузки в
трансмиссии могут быть в 3…4
раза больше максимального крутящего
момента двигателя. Это происходит
потому, что при быстром отпускании
педали управления усилие сжатия ведущих
и ведомых частей сцепления в начальный
момент создается не только нажимными
пружинами, но и кинетической энергией
перемещающегося к маховику двигателя
нажимного диска и связанных с ним
деталей. При этом в момент соприкосновения
ведущих и ведомых частей сцепления
усилие их сжатия в несколько раз превышает
силу нажимных пружин.

При
резком включении сцепления уменьшается
угловая скорость коленчатого вала
двигателя и на трансмиссию передается
повышенный крутящий момент:

,

(2)

где
М_е ‑ крутящий
момент двигателя;

J_е ‑ момент
инерции вращающихся
частей двигателя;

 ‑ ускорение
вращающихся частей двигателя.

При
включении сцепление должно обеспечивать
быстрый разгон автомобиля. Максимально
допустимое ускорение при трогании
автомобиля с места должно быть в пределах
3…4 м/с²,
чтобы не вызвать дискомфорт пассажиров.

Плавность
включения
сцепления обеспечивается главным
образом благодаря упругим свойствами
ведомого диска, которые зависят от его
конструкции. Плавности включения
сцепления также способствуют пружины
гасителя крутильных колебаний. Однако
влияние этих пружин незначительно, так
как их деформация при включении сцепления
невелика. На плавность включения
сцепления влияет и упругость деталей
привода управления сцеплением. Так,
например, в сцеплении с диафрагменной
пружиной большую упругость имеют рычаги
(лепестки) выключения сцепления, которые
выполнены вместе с диафрагменной
пружиной.

Наиболее
высокую плавность включения обеспечивают
многодисковые сцепления. Однако они
применяются очень редко и только на
тяжелых грузовых автомобилях.

Крутящий
момент двигателя должен передаваться
на трансмиссию без буксования сцепления.

Полнота
включения
сцепления достигается специальными
регулировками сцепления и его привода.
Эти регулировки обеспечивают необходимый
зазор между выжимным подшипником муфты
выключения сцепления и концами рычагов
выключения, а также пропорциональный
указанному зазору свободный ход педали
сцепления, который обычно составляет
20…40 мм.

При
значительном изнашивании трущихся
поверхностей ведущих и ведомых частей
сцепления указанный зазор уменьшается,
и рычаги выключения упираются в выжимной
подшипник муфты выключения, что
препятствует созданию пружинами
необходимого нажимного усилия.

Сцепления
с гидравлическим приводом управления
могут и не иметь зазора между подшипником
муфты выключения и концами рычагов
выключения. При этом выжимной подшипник
постоянно прижимается к концам рычагов
с небольшой силой. При изнашивании
трущихся поверхностей рычаги перемещают
подшипник с муфтой и через вилку
выключения и толкатель поршня рабочего
цилиндра привода сцепления вытесняют
соответствующее количество жидкости
в главный цилиндр привода. При этом
регулировочный зазор между толкателем
и поршнем главного
цилиндра сохраняется. Обслуживание
таких сцеплений упрощается.

Чистота
выключения. Чистота
выключения сцепления характеризует
полное разъединение двигателя и
трансмиссии, при котором ведущие детали
сцепления не ведут за собой ведомые.

При
неполном выключении сцепления затрудняется
переключение передач (оно происходит
с шумом), что приводит к изнашиванию
шестерен и синхронизаторов. Если же
сцепление выключено не полностью, а в
коробке передач включена передача, то
при работающем двигателе сцепление
будет буксовать. Это приводит к нагреву
деталей сцепления и изнашиванию
фрикционных накладок ведомого диска.

Чистоте
выключения сцепления препятствует
трение в ступице ведомого диска, которая
установлена на шлицах первичного вала
коробки передач. При выключении сцепления
ведомый диск находится под действием
осевой силы, которая прижимает его к
маховику. Значение осевой силы Р_о
ограничивается
силой трения F_д
в
шлицевом соединении ступицы диска и
первичного вала коробки передач:

F_д = G_д · μ_д,

где
G_д ‑ вес
ведомого диска;

μ_д ‑ коэффициент
трения в шлицевом соединении.

При
этом в шлицевом соединении создается
дополнительная сила трения F_т
за
счет трения между маховиком и фрикционной
накладкой ведомого диска:

F_т = μ_т · μ_д ·  · Р_о,

где
μ_т ‑ коэффициент
трения между маховиком и фрикционной
накладкой;

μ_д ‑ коэффициент
трения в шлицевом соединении;

R_ср – средний
радиус
фрикционной накладки ведомого диска;

r_ш – радиус
шлицов;

Р_о – осевая
сила.

Таким
образом, остаточная осевая сила в
однодисковом сцеплении будет равна:

Р´_о
=
F_д + F_т = G_д · μ_д + μ_т · μ_д ·  · Р_о,
(3)

В
многодисковом сцеплении остаточная
осевая сила подсчитывается последовательным
суммированием сил трения, возникающих
в шлицевых соединениях всех ведомых
дисков.

Остаточная
осевая сила в многодисковом сцеплении
значительно больше, чем в однодисковом,
вследствие этого требуемая чистота
выключения многодискового сцепления
не обеспечивается. В таком случае
необходимо уменьшать остаточную осевую
силу, что
может быть достигнуто увеличением числа
шлицов и тщательной их обработкой или
увеличением диаметра шлицевого вала.

В
однодисковых сцеплениях полное
разъединение двигателя и трансмиссии
обеспечивается соответствующим отводом
нажимного диска от маховика. В двухдисковых
сцеплениях принудительный отвод среднего
ведущего диска осуществляется различными
специальными устройствами (равноплечим
рычагом, упорным стержнем и др.). Зазор
между трущимися поверхностями при
отводе нажимного диска в однодисковых
сцеплениях составляет 0,75…1,00 мм, в
двухдисковых ‑ 0,5…0,6 мм, а в
многодисковых ‑ 0,25…0,30 мм. При
этом ход нажимного диска при выключении
сцепления не превышает 1,5…2,0 мм для
однодисковых сцеплений и 2,0. ..2,5 мм для
двухдисковых сцеплений.

Чистота
выключения сцепления, как и полнота его
включения, обеспечивается регулировками
свободного хода педали управления и
положения концов рычагов выключения
сцепления в одной плоскости. При этом
точная установка концов рычагов в одной
плоскости предотвращает перекос
нажимного диска при включении и выключении
сцепления. Кроме того, в сцеплениях с
периферийными пружинами для достижения
чистоты выключения число нажимных
пружин кратно числу рычагов выключения,
что исключает перекос нажимного диска.

В
ряде конструкций сцеплений зазор между
рычагами выключения и выжимным подшипником
муфты выключения сцепления отсутствует,
так как сила давления рычагов на подшипник
не превышает 50 Н. В этом случае отсутствие
зазора практически не влияет на
изнашивание подшипника и позволяет
сцеплению включаться полностью независимо
от степени износа фрикционных накладок
ведомых дисков.

Чистота
выключения сцеплений с дисками,
работающими в масле (фрикционы), ниже,
чем у сцеплений с сухими дисками, особенно
при повышении вязкости масла при низких
температурах. Требуемая чистота
выключения этих сцеплений достигается
поддержанием необходимой температуры
масла. Для этого, например, сцепление
размещают в общем картере коробки
передач.

Минимальный
момент инерции ведомых частей. Для
уменьшения ударных нагрузок шестерен
включаемых передач и работы трения в
синхронизаторах при переключении
передач в коробке передач момент инерции
ведомых частей сцепления должен быть
минимальным. При включении несинхронизованной
передачи ударная нагрузка на зубья
шестерен пропорциональна моменту
инерции ведомых частей сцепления.

Ударный
импульс при включенном сцеплении может
быть в 50…200 раз больше, чем ударный
импульс, возникающий при переключении
передач с выключенным сцеплением.

Снижение
момента инерции ведомых частей сцепления
достигается уменьшением диаметра
ведомого диска и массы фрикционных
накладок. Так, диаметр ведомых дисков
сцеплений автомобилей большой
грузоподъемности обычно не превышает
400 мм. Толщина фрикционных накладок
сцеплений составляет 3,3…4,7 мм. Однако
это не всегда возможно, так как указанные
размеры определяются крутящим моментом,
передаваемым сцеплением. Кроме того,
при уменьшении диаметра ведомого диска
необходимо увеличивать число поверхностей
трения, чтобы сцепление могло передавать
крутящий момент. Но увеличение числа
поверхностей трения при уменьшении
диаметра ведомых дисков приводит не к
уменьшению, а к значительному увеличению
момента инерции ведомых частей сцепления.
Так, например, момент инерции ведомых
частей у двухдискового сцепления
значительно больше, чем у однодискового,
рассчитанного на передачу такого же
крутящего момента.

Применение
фрикционных накладок с повышенным
коэффициентом трения (из спеченных
материалов) позволяет уменьшить диаметр
ведомого диска, но из-за увеличения
массы фрикционных накладок момент
инерции ведомых частей сцепления не
снижается.

Таким
образом, уменьшить момент инерции
ведомых частей сцепления можно только
за счет уменьшения массы ведомого диска.
Поэтому ведомый диск выполняют из
тонкого стального листа толщиной 2…3
мм.

Для
уменьшения удара при переключении
передач необходимо также уменьшить
разность угловых скоростей вращения
шестерен переключаемых передач. Это
достигается применением синхронизаторов
в коробках передач.

Хороший
отвод теплоты от поверхностей трения
ведущих и ведомых частей. Стабильная
и надежная работа сцепления существенно
зависит от его теплового состояния.
Поэтому необходимо поддерживать
постоянный тепловой режим сцепления.

При
трогании автомобиля с места происходит
буксование сцепления. Это приводит к
нагреву деталей сцепления и выделению
теплоты на поверхностях трения его
ведущих и ведомых частей. Так, например,
одно включение сцепления повышает
температуру нажимного диска на 7…15°С.
Температура фрикционных накладок
ведомого диска также повысится и
понизится коэффициент их трения. При
этом надежная работа сцепления будет
нарушена, так как сцепление будет
буксовать не только при трогании
автомобиля с места, но и во время движения.

При
длительном буксовании сцепления
температура его поверхностей трения
может превысить 300 °С, тогда как уже при
200 °С коэффициент трения снижается почти
в два раза. Высокая температура приводит
к вытеканию связующего компонента
фрикционных накладок, они становятся
сухими, пористыми и быстро изнашиваются.

При
высокой температуре также может произойти
коробление ведомого и нажимного дисков,
появление трещин на нажимном диске и
выход сцепления из строя.

Для
предохранения сцепления от указанных
негативных явлений осуществляют
различные конструктивные мероприятия,
способствующие хорошему отводу теплоты
от трущихся поверхностей ведущих и
ведомых частей. Примером могут служить
вентиляционные отверстия с металлическими
сетками в картере сцепления и большое
количество отверстий в кожухе сцепления,
сделанные для улучшения циркуляции
воздуха; рычаги выключения сцепления,
выполненные в форме лопастей вентилятора,
охлаждающего сцепление; массивный
нажимной диск в виде кольца, обеспечивающий
лучший отвод теплоты от ведомого диска;
канавки в фрикционных накладках для
циркуляции воздуха. Кроме того, канавки
в фрикционных накладках служат для
удаления под действием центробежных
сил продуктов износа, снижающих
коэффициент трения. Они также способствуют
чистоте выключения сцепления, устраняя
присасывание (прилипание) фрикционных
накладок к рабочим поверхностям маховика
двигателя и нажимного диска.

Для
сохранения при нагреве нажимного диска
работоспособности нажимных пружин
сцепления их устанавливают на
термоизоляционных прокладках (шайбах).

Предохранение
трансмиссии от динамических нагрузок.
Конструкция
сцепления во многом определяет величину
динамических нагрузок в трансмиссии.
Динамические нагрузки, возникающие в
механизмах трансмиссии, могут быть
единичными (пиковыми) и периодическими.

Пиковые
нагрузки
могут
возникнуть при резком изменении скорости
движения автомобиля (резкое торможение
с невыключенным сцеплением), резком
включении сцепления, наезде на дорожную
неровность и неравномерной работе
двигателя.

При
резком изменении скорости автомобиля,
особенно при торможении с невыключенным
сцеплением, динамическое нагружение
трансмиссии происходит главным образом
инерционным моментом вращающихся частей
двигателя. При этом величина инерционного
момента значительно больше крутящего
момента двигателя.

Наибольшего
значения пиковые нагрузки в трансмиссии
достигают при резком включении сцепления.
При этом происходит значительное
повышение момента трения сцепления за
счет кинетической энергии нажимного
диска, перемещающегося к маховику
двигателя. Поэтому в механических
трансмиссиях могут сильно возрасти
динамические нагрузки, так как сцепление
начнет
буксовать только при значительном
увеличении его момента трения.

При
резком включении сцепления трансмиссия
автомобиля закручивается крутящим
моментом двигателя М_е
и
моментом сил инерции М_и
вращающихся
частей двигателя:

М_с
=
М_е
+
М_и.

(4)

Момент
сил инерции (инерционный момент)

М_и = ω_е · ,

(5)

где
ω_е ‑ угловая
скорость коленчатого вала;

J_е ‑ момент
инерции вращающихся частей двигателя;

с_β ‑ крутильная
жесткость трансмиссии.

Следовательно,
инерционный момент М_и
зависит
от угловой скорости коленчатого вала
в момент резкого включения сцепления
и от крутильной жесткости трансмиссии.

Уменьшение
инерционного момента и снижение пиковой
нагрузки достигается за счет пружин
гасителя крутильных колебаний,
установленных в ведомом диске сцепления.
Однако максимальные пиковые нагрузки
при резком включении сцепления
ограничиваются буксованием сцепления.

Периодические
нагрузки могут
возникнуть в трансмиссии вследствие
неравномерной работы двигателя и
действия крутильных колебаний
(неравномерности крутящего момента).
Эти нагрузки создают шум и повышенные
напряжения в механизмах трансмиссии и
часто являются причиной поломок деталей
механизмов от усталости, особенно при
резонансе, когда частоты возмущающих
нагрузок совпадают с частотами собственных
колебаний трансмиссии.

Для
гашения крутильных колебаний трансмиссии
служат специальные гасители
пружинно-фрикционного типа. Такие
гасители поглощают энергию крутильных
колебаний трансмиссии в результате
трения их фрикционных элементов (колец,
пластин и т.п.).

Работу
трения гасителя крутильных колебаний
можно определить по следующему выражению:

L_т = P_г ·μ ·r_ср ·α ·i,

(6)

где
Р_г ‑ усилие
сжатия фрикционных колец гасителя;

μ ‑ коэффициент
трения;

r_ср ‑ средний
радиус фрикционных колец;

α ‑ угол
перемещения (буксования) фрикционных
колец;

2.

972 Как работает сцепление

ОСНОВНОЕ ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ ТРЕБОВАНИЕ:
Отключение/подключение питания одного элемента машины к другому

КОНСТРУКТИВНЫЙ ПАРАМЕТР: Муфта

ГЕОМЕТРИЯ/КОНСТРУКЦИЯ:

ОБЪЯСНЕНИЕ КАК ЭТО РАБОТАЕТ/ПРИМЕНЯЕТСЯ:

1. При включении диск сцепления (ведомый диск) зажат между
   нажимной диск (также называемый крышкой сцепления) и
   маховик.

2. Нажимной диск удерживается в контакте с фрикционной поверхностью диска сцепления за счет
   сила пружины.
3. При выключении нажимной диск отрывается от диска сцепления
   с помощью узла выжимного подшипника.

При нажатии педали сцепления маховик, диск сцепления и
прижимная пластина отключена, поэтому поток мощности прерывается. Так как педаль сцепления
при отпускании нажимной диск приближается к ведомому диску и маховику; зажим
пластина между нажимным диском и маховиком. Если коробка передач включена,
мощность передается от входа к выходу.

ДОМИНИРУЮЩАЯ ФИЗИКА:

Базовое устройство сцепления использует фрикционный интерфейс. Он опирается на
свойства трения для выполнения требования передачи крутящего момента. Предполагая простой
поверхность трения и равномерное распределение давления.

Элементарная сила трения равна

.

Элементарная нормальная сила равна

.

Дифференциальный крутящий момент

Интеграция dT из R _i до R _o , общий крутящий момент (нагрузочный момент)

ОГРАНИЧИВАЮЩАЯ ФИЗИКА:

Производительность/использование сцепления ограничено его крутящим моментом.

Крутящий момент зависит от коэффициента трения (между
маховик, ведомый диск и кожух сцепления), действующее усилие и размер
схватить.

ДИАГРАММЫ/ГРАФЫ/ТАБЛИЦЫ:

Нет Представлено

ГДЕ НАЙТИ МУФТЫ:

Сцепление можно найти в автомобиле между двигателем и коробкой передач
почти любого двигателя, который необходимо отключить во время работы.

ССЫЛКИ/ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ:

How Stuff Works by Marshall Brain http://www.howstuffworks.com/transmission.htm

Передачи http://www.csn.ul.ie/~lavelles/trans.html

Automotive 101: Обзор автомобильной трансмиссии http://www.autoshop-online.com/auto101/drive.html

NASCAR Garage Tech: сцепление http://www.nascar.com/garage/00638018.htm

NASCAR Garage Performance: сцепление http://www.nascar.com/garage/00421508.htm

Шейвер, Рэй. Система сцепления механической коробки передач. Общество автомобильной промышленности
Инженеры, Inc., 1997 г.

Шингли, Джозеф Э. и Мишке, Чарльз Р. Стандартный справочник по машинам
дизайн. 2 ^-й изд. Макгроу-Хилл, 1996 г.

Что такое фрикционная муфта? (с картинками)

`;

Автомобили

Факт проверен

Дата последнего изменения: 22 сентября 2022 г.

Фрикционная муфта — это часть машины, например автомобиля, которая использует непосредственный контакт и трение для приведения в действие другой части машины, обычно заставляя ее вращаться. В случае с автомобилем сцепление позволяет трансмиссии и двигателю вращаться с одинаковой скоростью, которая передает вращательное движение колесам, и автомобиль движется вперед. Трение между маховиком двигателя и диском сцепления или диском сцепления трансмиссии создает силу, которая вращает колеса и приводит в движение автомобиль. Сцепления делятся на мокрые или сухие в зависимости от того, смазываются ли они, а также могут быть разделены на толкающие или тянущие в зависимости от того, как они расцепляются. Когда фрикционная муфта включена, трение между маховиком и диском сцепления создает движение, а когда сцепление выключено, отсутствие трения приводит к тому, что колеса теряют свой передний импульс и в конечном итоге перестают вращаться все вместе.

Фрикционная муфта работает с помощью шести основных частей. Когда водитель автомобиля с механической коробкой передач нажимает на педаль сцепления, она давит на часть, известную как вилка выключения, которая, в свою очередь, давит на выжимной подшипник. Работа выжимного подшипника заключается в том, чтобы давить на пружину, известную как диафрагменная пружина. Диафрагменная пружина является ключом к включению и выключению сцепления. Давление диафрагменной пружины на нажимной диск сцепления отталкивает его от маховика, расположенного на двигателе, и как только давление нажимного диска исчезает, диск сцепления больше не прижимается к маховику, и сцепление отключается. .

Из-за большого износа, вызванного трением между диском сцепления и маховиком, на некоторых машинах используются мокрые сцепления. В мокром сцеплении жидкая смазка помогает деталям вращаться плавно и предотвращает их быстрый износ от постоянного трения. В сухих сцеплениях отсутствует смазка между деталями. В то время как мокрые сцепления служат дольше и обеспечивают плавную и стабильную работу, скользкая смазка также может вызывать проскальзывание. Многие мокрые сцепления используют несколько дисков, сложенных вместе, чтобы предотвратить это.

Фрикционные муфты также можно разделить на толкающие и тянущие категории. Нажимные муфты наиболее часто используются в автомобилях. Чтобы фрикционная муфта этого типа работала, диафрагменная пружина должна быть сдвинута внутрь, чтобы разъединить муфту. В некоторых автомобилях вместо нажимного сцепления используется вытягивающее сцепление. Этот тип фрикционной муфты требует, чтобы диафрагменная пружина была отведена назад, чтобы разблокировать муфту.

Вам также может понравиться

Рекомендуется

КАК ПОКАЗАНО НА:

Различные типы сцеплений и принцип их работы

Сцепления являются важным связующим звеном между двигателем и трансмиссией и могут принимать различные формы и формы

Напомнить позже

87 КБ

Сцепления образуют связь между передачей энергии всего внутреннего сгорания в двигателе через трансмиссию и, наконец, к ведущим колесам. И с бесчисленными комбинациями типов двигателей и трансмиссий, разбросанных по всему автомобильному миру, существует множество различных наименований сцеплений, соответствующих требуемой работе. Имеют ли они дело с 90 л.с. или 900 л.с., есть сцепление, которое после включения сможет помочь передать максимально возможный крутящий момент на любую трансмиссию.

Прежде чем мы начнем, щелкните здесь, чтобы получить общее представление о том, как работает сцепление!

Основная фрикционная муфта

В большинстве автомобилей используется форма фрикционной муфты, которая имеет все обычные компоненты, которые вы, вероятно, видели или слышали раньше. Приводимая в действие гидравлически или с помощью троса, фрикционная муфта использует нажимной диск, пластину сцепления (или диск сцепления) и выжимной подшипник для зацепления и расцепления маховика и трансмиссии. В большинстве автомобилей будет использоваться простое однодисковое сцепление, и только более мощным двигателям требуется многодисковое сцепление для правильного включения трансмиссии.

Когда педаль сцепления нажата, выжимной подшипник оказывает давление на диафрагменные пружины на нажимном диске, что снимает зажимное давление на диск сцепления и отсоединяет коробку передач от маховика.

При переключении передач и выключении сцепления выжимной подшипник отходит от нажимного диска, а диск сцепления снова зажимается и приводится в движение нажимным диском, позволяя приводу передаваться на коробку передач.

Мокрые и сухие сцепления

Мокрые сцепления, как правило, имеют несколько дисков сцепления (в автомобилях) и имеют запас масла для смазки и охлаждения компонентов. Они используются в ситуациях с высоким крутящим моментом, когда уровень трения будет высоким и, следовательно, температура сцепления будет резко возрастать без какой-либо охлаждающей жидкости. Любая трансмиссия с крутящим моментом более 250 фунтов на фут должна действительно использовать мокрое сцепление, чтобы избежать чрезмерного износа остальной части трансмиссии из-за перегрева.

Сухие сцепления, с другой стороны, не имеют подачи масла и обычно являются однодисковыми. Это означает, что они могут быть более эффективными, поскольку смазка может привести к отсутствию трения между дисками в мокром сцеплении, а также к паразитным потерям в трансмиссии, поскольку для подачи смазочного масла необходим насос. Таким образом, низкий коэффициент трения в мокрой системе является причиной использования нескольких дисков для эффективной работы сцепления.

При установке нескольких фрикционных дисков друг на друга очевидные преимущества заключаются в том, что трение, создаваемое в муфте, может быть значительно увеличено, и, следовательно, она может выдерживать гораздо более высокие входные крутящие моменты. Используемый во многих гоночных автомобилях, включая Формулу 1 и WRC, величина трения, необходимая для предотвращения проскальзывания сцепления, может быть вписана в тот же диаметр, что и однодисковое сцепление, благодаря аккуратной компоновке.

Системы с двойным сцеплением

Коробки передач с двойным сцеплением теперь доминируют на рынке автомобилей премиум-класса после их первого общего выпуска на VW Mk4 Golf R32. Используя одно большое сцепление для нечетных передач и меньшее сцепление для четных передач, эта форма трансмиссии известна быстрыми и плавными переключениями и теперь используется в каждом достойном суперкаре, а также во многих хот-хэтчбеках и седанах.

Используемые в автоматических и полуавтоматических установках, DCT используют два мокрых многодисковых сцепления, что устраняет необходимость в гидротрансформаторе. Переключения являются плавными из-за того, что выходной крутящий момент на ведущие колеса не нарушается, поскольку он может быть приложен к одному сцеплению, в то время как другое выключено, что означает отсутствие перерыва в выходе.

Электромагнитные и электрогидравлические муфты

Электромагнитные муфты можно использовать, когда механическое соответствие и синхронизация работы муфты обычно не учитываются, при этом муфта приводится в действие простым нажатием кнопки на рычаге переключения передач или даже датчиком приближения, когда ваша рука находится рядом с рычагом переключения передач. Когда сцепление приводится в действие дистанционно, постоянный ток проходит через электромагнит, который создает магнитное поле. Затем якорь притягивается к ротору, создавая силу трения для зацепления двигателя и трансмиссии.

Электромеханические муфты используются в автомобильной промышленности практически во всех системах переключения передач. При нажатии на лопасть электрический сигнал отправляется на компьютер, который включает сервопривод для гидравлического отключения сцепления.

Это устраняет необходимость в любой форме педали сцепления и в сочетании с трансмиссией DCT может стать наиболее эффективной формой переключения передач на рынке. Как правило, эти системы используются вместе с более мощными силовыми агрегатами и, следовательно, в сцеплении используется несколько дисков.

Есть несколько других типов сцепления, но большинство из них либо вымерли, либо используются только в гораздо меньших фракциях автомобильного сектора. Например, центробежные сцепления широко распространены в производстве мопедов и мотоциклов, в них используются колодки (как на барабанном тормозе) для включения и выключения сцепления. Кулачковые муфты также используются в трансмиссиях без синхронизаторов, но требуют двойного отключения сцепления и были зачищены под ковриком после развития коробок передач.

Если вы хотите увеличить мощность двигателя за счет модификаций, обязательно подумайте о сцеплении. Как испытал Алекс во время турбонаддува своего MX-5, как только крутящий момент достигает уровня, слишком высокого для вашего сцепления, диски начинают проскальзывать, поскольку они не могут справиться с передаваемыми через них усилиями. В этом случае требуется модернизация сцепления, и по этой причине многочисленные специалисты по вторичному рынку производят высокопроизводительные сцепления. Большинство из нас действительно когда-либо столкнется со стандартным фрикционом в наших путешествиях, но есть много вариантов, если планируется увеличение мощности.