Загальна конструкція зчеплень
- Ведучі елементи.
- Ведені елементи.
- Підсилювачі.
- Пристрої ( робочі тіла ), що з’єднують ведучі та ведені елементи.
- Гасителі крутильних коливань.
- Привід та системи керування.
Рис. 1. Схема фрикційного однодискового зчеплення з периферійними натискними пружинами та механічним приводом:
1-кожух; 2-натискний диск; 3-маховик; 4- ведений диск; 5-натискна пружина; 6- важіль; 7-вилка; 8-педаль; 9-тяга.
Вперше на автомобілях однодискові зчеплення з дисками з чавуну та бронзи, або чавуну та сталі почали використовувати у 1910 році.
Однодискові сухі фрикційні зчеплення у яких передача крутного моменту здійснюється з використанням сил тертя сухих поверхонь завдяки простоті конструкції, плавності вмикання та “чистоті” вимикання застосовуються у більшості сучасних автомобілів. Тертя між ведучою частиною (маховиком 3, кожухом 1, натискним диском 2) та веденою частиною (диском 4) забезпечується натискними пружинами 5 рівномірно розташованими по периметру натискного диска. Гвинтові виті пружини ускладнюють конструкцію зчеплення у порівнянні з пружними пластинами.
Механічний привід зчеплення використовується у тих випадках, якщо педаль зчеплення розташована близько до зчеплення.
Принцип дії
При увімкненому зчепленні крутний момент від маховика 3 натискний диск 2 передається до затискнутого між ними пружинами 5 веденого диску 4 і до коробки передач. Ступиця 4 веденого диску розташована на ведучому валу коробки передач.
Якщо передача у коробці передач вимкнена то передача крутного моменту не здійснюється, а двигун має можливість працювати в режимі холостого ходу.
Під час рушання з місця для увімкнення передачі водій вимикає зчеплення шляхом натискання на педаль зчеплення 8. Зусилля від педалі зчеплення передається через тяги 9, вилку 7, вижимний підшипник до важелів 6, які відводять назад натискний диск 2. Пружини 5 стискаються та розтискають ведений диск, що приводить до припинення передачі крутного моменту. Після вмикання передачі та при відпусканні педалі зчеплення натискні пружини 5 стискають ведений диск і крутний момент за рахунок сил тертя між дисками зчеплення передається до первинного валу коробки та через карданну, головну передачі, диференціал, приводні вали до ведучих коліс. Коли крутний момент перевищить сили опору руху, автомобіль рушить з місця. Стальний кожух з’єднаний з маховиком за допомогою болтів, а натискний чавунний (СЧ18-36) диск приєднаний до кожуха пружними пластинами. Натискний диск має можливість пересуватись у осьовому напряму при увімкненні (вимкненні) зчеплення.
До недоліків зчеплення з периферійними пружинами відноситься складність, громіздкість силового пристрою і механізму керування та загроза пробуксовки зчеплення при зношенні фрикційних накладок і передачі великих крутних моментів.
Рис. 2. Сухе однодискове постійно замкнуте зчеплення автомобіля
ЗИЛ-131 з периферійними пружинами та механічним приводом:
1.Кришка зчеплення; 2. Кожух зчеплення; 3. Периферійні натискні пружини (16 шт.); 4. Кришка вентиляційного отвору; 5. Гайка; 6. Шплінт; 7. Пружинна пластина (4 шт.); 8. Болт; 9. Маховик; 10. Натискний ведучий диск;
11. Фрикційні накладки веденого диска; 12. Ведений диск; 13 Демпфені пружини (8 шт.); 14. Мастиловідбивна маточина веденого диска;
15. Заклепка; 16. Колінчатий вал; 17. Підшипник первинного вала коробки передач; 18. Первинний вал коробки передач; 19. Маточина веденого диска; 20. Віджимний важіль; 21. Диск демпфера; 22. Вісь вилки важеля; 23. Вісь важеля; 24. Картер зчеплення; 25. Вилка віджимного важеля; 26. Сферична гайка; 27. Пластина; 28. Віджимний підшипник; 29. Відтяжна пружина муфти; 30. Муфта підшипника вимикання зчеплення; 31. Направляюча втулка муфти виключення зчеплення з кришкою підшипника первинного вала; 32. Ведуча шестірня первинного вала; 33. Підшипник первинного вала; 34. Вилка виключення зчеплення.
Стальний кожух 2 зчеплення кріпиться до маховика 9 болтами. Чавунний натискний диск 10 з’єднаний з кожухом чотирьома парами пружних пластин 7, які передають зусилля з кожуха на натискний диск. Чотири важелі виключення зчеплення за допомогою осей з голчатими підшипниками та вилками поєднані з натискним диском. Пружинно-фрикційний гаситель коливань з вісьмома пружинами встановлений у веденому диску зчеплення.
Рис. 3. Дводискове сухе фрикційне зчеплення з периферійними
пружинами та пневмопідсилювачем автомобіля КАМАЗ-4310:
1.Натискна пружина; 2.Картер зчеплення; 3.Фрикційна накладка; 4.Упорне кільце; 5.Первинний вал коробки передач; 6.Маховик; 7. Пружина гасителя крутильних коливань; 8. Ведений диск; 9. Механізм автоматичної установки середнього ведучого диска; 10. Проміжний ведучий диск; 11. Установочна втулка; 12. Натискний диск; 13. Кожух зчеплення; 14. Вилка відтяжна важеля; 15. Відтяжний важіль; 16. Пружина упорна кільця; 17. Упорний підшипник; 18. Муфта вимикання зчеплення; 19. Шланг мащення муфти;
20. Відтяжна пружина; 21. Вилка вимикання зчеплення; 22. Вал вилки. Пневматичний підсилювач. 23. Впускний клапан; 24. Випускний клапан;
25. Сідло діафрагми; 26. Діафрагма; 27. Корпус слідкуючого поршня;
28. Сапун; 29. Слідкуючий поршень; 30. Перепускний клапан; 31. Сферична регулювальна гайка; 32. Штовхач поршня; 33. Задній корпус; 34. Поршень виключення зчеплення; 35,37. Розпірні втулки; 36. Шток поршня; 38. Манжета поршня; 39. Корпус комбінованого ущільнення; 40. Пневматичний поршень; 41. Сідло клапана; 42. Стержень клапанів.
Привід зчеплення. 43. Гідравлічний трубопровід; 44. Важіль; 45. Штовхач поршня; 46. Ексцентричний палець; 47,53. Верхній та нижній упори; 48. Відтяжна пружина; 49. Трубопровід; 50. Пневмопідсилювач привода зчеплення; 51. Педаль; 52. Головний циліндр; 54. Кронштейн; 55. Компенсаційний бачок; 56. Пробка бачка; 57. Штовхач поршня головного циліндра; 58. Поршень.
Дво та багатодискові зчеплення використовують у тих випадках, коли необхідно передавати великі крутні моменти або не дозволяють установку габаритні розміри. На автомобілях КАМАЗ встановлено дводискове зчеплення з периферійними натискними пружинами 1 та з гідравлічним приводом і пневмопідсилювачем. До ведучої частини відноситься кожух 13 з проміжним 10 та натискним дисками 12, які кріпляться болтами до маховика 6. Проміжний диск може пересуватися вздовж пазів маховика. До веденої частини відносяться два ведених диски 8 з фрикційними накладками 3 та гасителями крутильних коливань пружинно-фрикційного типу. Ведені диски розташовані на первинному валу коробки передач (подільника) 5. Механізм керування зчепленням з’єднаний зовнішніми кінцями важелів 15 з натискним диском 12, середньою частиною з кожухом 13. На внутрішній частині важелів закріплено упорне кільце 4, до якого при виключанні зчеплення притискається упорний вижимний підшипник 17 муфти 18 виключення зчеплення.
При вимиканні зчеплення муфта через упорне кільце натискає на внутрішні кінці важелів 15 та повертає їх на голчатих підшипниках опорних стійок і відводить натискний диск від першого веденого диска та від проміжного диска. Проміжний диск автоматично відштовхуючись за допомогою двоплечих важелів від натискного диска та маховика займає середнє положення.
Привід керування зчепленням дистанційний, гідравлічний з пневматичним підсилювачем.
Рис. 4. Конструкція сухого фрикційного однодискового зчеплення з діафрагмовою пружиною
Діафрагмові пружини, які забезпечують тертя між ведучими та веденими елементами зчеплення завдяки простоті конструкції, малим габаритам та масі використовуються у зчепленнях легкових та вантажних автомобілів, автобусів. Кількість деталей зчеплень з діафрагмовою пружиною зменшується у два рази.
Наявність двомасового маховика ZMS SACHS, що працює з сухим однофрикційним зчепленням, дозволяє покращити гасіння коливань колінчастого вала зменшити масу веденого диска зчеплення та динамічні навантаження на трансмісію за рахунок пружин у маховику, покращити режими вмикання та вимикання передач і рівень шуму. Для цього використовується два типа пружин. Перший тип пружин забезпечує гасіння коливань під час запуску та зупинки роботи двигуна. У одномасовому маховику гасіння коливань під час запуску та зупинки двигуна не здійснюється. Другий тип більш жорстких пружин забезпечує гасіння коливань при передачі крутного моменту від двигуна до ведучих коліс.
Маховик складається з головного та допоміжного корпуса, які можуть обертатись один відносно другого на незначний кут. Направляючі пружин та упори забезпечують роботу пружин, а також запобігають їх поломці та блокуванню.
Застосування діафрагмових пружин для забезпечення тертя між ведучими та веденими елементами зчеплення спрощує конструкцію зчеплення.
Натискні диски виконуються більш масивними для поглинання тепла, яке виділяється при роботі зчеплення.
Рис. 5. Однодискове сухе фрикційне зчеплення з діафрагмовою пружиною та гідравлічним приводом:
1. Картер зчеплення; 2. Маховик; 3. Ведений диск; 4. Натискний ведучий диск; 5. Кожух зчеплення; 6. Діафрамова пружина; 7. Віджимний підшипник; 8. Первинний вал коробки передач; 9. Втулки; 10. Муфта вимикання зчеплення; 11. Упорний болт; 13. Відтягуючий важіль; 14. Шток робочого циліндра; 15. Болт; 16. Робочий циліндр; 17. Штуцер підведення робочої рідини; 18. Демпферна пружина; 19. Ступиця веденого диска.
Діафрагмова пружина при збиранні затискується між натискним диском 4 та стійками кожуха 5. При натисканні на педаль зчеплення рідина тисне на поршень циліндра 16, який переміщуючись разом зі штоком 14 пересуває важіль 13 підшипника вимкнення зчеплення. Пересуваючись по осі підшипник тисне на центральну частину частину пружини, яка прогинається в іншу сторону ніж зовнішній край пружини і звільнює натискний диск.
Натискний диск 4 виконується більш масивним для поглинання тепла, яке виділяється при роботі зчеплення.
Рис. 6. Однодискове сухе зчеплення з діафрагмовою пружиною натискної дії
Відрізняється від зчеплення з діафрагмовою пружиною відтискної дії тим, що вижимний підшипник розташований не на діафрагмовій пружині а на важелі, який закріплений у корпусі. Діафрагмова пружина кріпиться до корпусу зчеплення розпірними болтами. Тангенціальні пружини забезпечують передачу крутного моменту через натискний диск до веденого, а також відводять натискний диск від веденого при виключенні зчеплення.
Рис. 7. Принцип дії однодискового сухого постійно замкнутого зчеплення з діафрагмовою пружиною натискної дії
При натисканні на педаль зчеплення шток тисне на поршень головного циліндра зчеплення, який стискає рідину у циліндрі. Тиск рідини по трубопроводам передається до поршня робочого циліндра зчеплення і відтискає поршень зі штоком, який відводить у осьовому напряму нижній кінець важеля у середній частині якого розташований вижимний підшипник зчеплення, а верхній кінець закріплений до корпусу зчеплення. При цьому середня частина важеля тиснучи на вижимний підшипник, який натискає по внутрішньому діаметру на діафрагмову пружину і відтискає її по зовнішньому діаметру від натискного диска та звільняє ведений диск від передачі крутного моменту.
Рис. 8. Сухе однодискове постійно замкнуте зчеплення відтискної дії з діафрагмовою пружиною типу MZ (майже плоскої конструкції)
Діафрагмова пружина опирається по зовнішніму діаметру на корпус зчеплення і притискає середньою частиною натискний диск до веденого і маховика. Вижимний підшиник розташований по внутрішньому діаметру на діафрагмовій пружині. Застосування діафрагмової пружини з випуклістю усередину зменшує довжину зчеплення, але вижимний підшипник при вимкненні зчеплення рухається у іншу сторону, що ускладнює привод.
Використання діафрагмових пружин з внутрішньою випуклістю зменшує зусилля виключення зчеплення.
Рис. 9. Принцип дії зчеплення з діафрагмовою пружиною відтискної дії
При натисканні на педаль зчеплення шток тисне на поршень головного циліндра зчеплення, який стискає рідину у циліндрі. Тиск рідини по трубопроводам передається до поршня робочого циліндра зчеплення, відтискає поршень зі штоком, який відводить у осьовому напряму зовнішній кінець важеля який у середній частині прикріплений до корпусу зчеплення. При цьому внутрішній кінець важеля відтискає вижимний підшипник разом з діафрагмовою пружиною від натискного диска і звільняє ведений диск від передачі крутного моменту.
Рис. 10. Сухе однодискове постійно замкнуте зчеплення
автомобіля АКОР Мерседес з діафрагмовою пружиною
Рис. 11. Модуль однодискового зчеплення фірми SACHS Light з діафрагмовою пружиною
До складу модуля входить маховик, корпус зчеплення з натискним диском і ведений диск. У модулі фірми SACHS Light корпус зчеплення з натискним диском запресований в маховик, що дозволяє збільшити діаметр веденого диску та розмір крутного моменту, який передається зчепленням.
Рис. 12. Загальний вигляд у розтину подвійного з двома діафрагмовими пружинами натискної дії сухого фрикційного (ліворуч) та багатодискового зчеплення, що працює у маслі (праворуч)
Подвійне зчеплення з двома діафрагмовими пружинами забезпечує передачу значного крутного моменту, роботу з автоматичними системами керування переключанням передач гідравлічним або механічним способом. Наявність такого зчеплення передбачає можливість окремого виключення (включення) кожного з двох зчеплень та забезпечує переключання передач без переривання силового потоку.
Рис. 13. Зчеплення спортивних автомобілів з однією діафрагмовою пружиною і чотирьома веденими дисками з карбону та титану з умовним діаметром 86 мм та масою 960 грам фірми ZF Sachs Race Engineering
Використовується у спортивних автомобілях Формули 1. Має невеликі габарити та масу і забезпечує роботу при обертах більше 19000 об/хв., температурах до 1000 0С. Передає крутний момент до 1400 Нм.
Рис. 14. Багатодискові подвійні зчеплення, що працюють у маслі з гідравлічним приводом
Рис. 15. Подвійне багатодискове автоматичне зчеплення автомобіля Ауді
з гідравлічним приводом
Впровадження двох зчеплень дає можливість автоматизувати процес переключання передач за рахунок переключання з одного силового потоку на інший, не перериваючи силовий потік.
Рис. 16. Подвійне зчеплення та коробка передач автомобіля Audi TT 3.2 Quattro:
1,3 – ведучі вали; 2 – привід від двигуна; 4,5 – зчеплення; 6,14 – вихідні шестерні; 7 – шестірня заднього ходу; 8 – шестірня 6-ї передачі; 9 – шестірня 5-ї передачі; 10- шестірня 1-ї передачі; 11 – шестірня 3 передачі;
12 – шестірня 4-ї передачі; 13 – шестірня 2-ї передачі; 15 – головна передача.
Рис. 17. Гідравлічне ввімкнення передач першого ряду коробки передач
(масло поступає у гідроциліндр муфти К1)
Принцип дії
Масло під тиском поступає у зовнішній концентричний робочий циліндр та притискає зовнішній пакет дисків, що змушує передавати крутний момент на первинний вал 1 коробки передач.
Застосування гідроприводу зчеплення дозволяє автоматизувати процес керування перемиканням передач.
Рис. 18. Гідравлічне включання передач другого ряду коробки передач
(масло поступає у гідроциліндр муфти К2)
Принцип дії
Масло під тиском подається у внутрішній концентричний робочий циліндр та притискає внутрішній пакет дисків, що змушує передавати крутний момент на первинний вал 2 коробки передач.
Рис. 19. Багатодискова міжосьова муфта Haldex повноприводних автомобілів, що працює у маслі
Рис. 20. Електромагнітне порошкове зчеплення:
А, Б, В – зазори; 1- ведуча частина; 2- корпус; 3- обмотка; 4 – ведена частина.
Електромагнітні зчеплення бувають з феронаповнювачем (порошком з карбінольного заліза або легованої сталі) або без феронаповнювача (фрикційні).
Електромагнітне зчеплення дозволяє здійснювати керування зчепленням як ногами так і ручним способом, що важливо для людей з граничними можливостями. Ведуча частина зчеплення 1 з’єднана з колінчастим валом двигуна, а ведена частина 4 розташована на первинному валу коробки передач. Обмотка керування розташована у корпусі зчеплення. У повітряних зазорах А,Б,В знаходиться спеціальний магнітний порошок.
При відсутності струму у обмотці, зв'язок між ведучим та веденим елементами зчеплення відсутній і передача крутного моменту не здійснюється. При подачі струму в обмотку, магнітний потік формує частинки порошку так, що вони з’єднують ведучу та ведену частини зчеплення і проходить передача крутного моменту. Силовий зв'язок залежить від сили струму, який проходить через обмотку.
Електромагнітні зчеплення без феронаповнювача за конструкцією значно простіші ніж порошкові.
Електромагнітні зчеплення дозволяють легко автоматизувати процес керування.
Рис. 21. Зчеплення конусного типу:
1- фланець колінчастого валу; 2- маховик; 3- муфта; 4- педаль; 5- важіль;
6- вал; 7- кожух; 8- пружина; 9- конус; 10- фрикційна накладка.
Конусні зчеплення появились з початком використання коробок передач з пересувними шестірнями. Ведена частина розташована на первинному валу коробки передач і має можливість пересуватися в осьовому напряму по шліцах вала. Ведена частина притискається до конічної поверхні моховика центральною пружиною. При натисканні на педаль зчеплення ведена частина відводиться від маховика і передача крутного моменту припиняється.
Основним недоліком такого зчеплення є велика маса та момент інерції веденої частини, що не дозволяє швидко зменшити кутову швидкість веденої частини зчеплення при перемиканні передач та затрудняє перемикання.
Рис. 22. Гідротрансформатор-гідромуфта з фрикційним зчепленням
Ведуче насосне колесо з’єднано з колінчастим валом двигуна, а турбінне колесо з’єднано з первинним валом коробки передач. Зчеплення призначене для з’єднання насосного колеса з колінчастим валом двигуна.
Застосування гідромуфти як самостійного агрегата, що виконує функції зчеплення на автомобілі не використовується через великий момент інерції турбінного колеса, що не дає можливості безударно перемикати передачі.
При застосуванні гідромуфти послідовно з нею установлюється фрикційне зчеплення. Фрикційне зчеплення служить для перемикання передач, а гідромуфта забезпечує плавне рушання з місця, довговічність, стійкість руху у важких дорожніх умовах з малими швидкостями при високих кутових швидкостях колінчастого вала та великому крутному моменту (за рахунок проковзування гідромуфти). Знижуються динамічні навантаження на елементи трансмісії. При гальмуванні, коли швидкість руху знижується автоматично розмикається силовий потік від двигуна до трансмісії, що виключає зупинку роботи двигуна.
Принцип дії
При працюючому двигуні насосне колесо за допомогою своїх лопаток змушує рідину обертатися і під дією відцентрової сили переміщуватись уздовж лопаток у напряму від центра до периферії.
Вийшовши з насосного колеса, потік рідини діє на турбінне колесо передаючи йому свою кінетичну енергію і створюючи на турбіні крутний момент. Проходячи поміж лопаток турбінного колеса у напряму до центра, потік рідини залишає турбіну і потрапляє на лопатки реактора. Змінивши з допомогою лопаток реактора свій напрям руху, потік рідини повертається до входу в насосне колесо, утворивши таким чином замкнуте коло циркуляції.
Силовий вплив потоку на лопатки кожного з робочих коліс складається з двох сил: активної, з якою потік впливає на робоче колесо при вході в нього, та реактивної, з якою потік впливає на робоче колесо при виході з нього.
Для максимальної передачі кінетичної енергії рідині, лопатки турбінного колеса роблять опуклими у сторону напряму обертання насосного колеса, а лопатки реактора опуклими в зворотну сторону.
При такій конструкції лопаток на турбінному колесі під впливом потоку рідини виникає крутний момент, що примушує його обертатися у напряму обертання насосного колеса, а на реакторі виникає реактивний момент, що намагається обертати реактор у протилежному напрямку. Реакторне колесо встановлено на муфті вільного ходу, яка виключає обертання його в зворотному напрямку. При цьому реактивний момент реакторного колеса спрямований у сторону обертання турбінного колеса, а сумарний момент турбінного колеса складається з крутного моменту насосного колеса та крутного моменту реакторного колеса, забезпечуючи таким чином збільшення крутного моменту на виході з гідротрансформаторм порівняно з крутним моментом на вході до нього.
Збільшення крутного моменту гідротрансформатора оцінюється коефіцієнтом трансформації, який дорівнює відношенню крутного моменту на виході до крутного моменту на насосному колесі.
Коефіцієнт трансформації досягає свого максимального значення (2,0…4,0) при наближенні кутової швидкості турбінного колеса до мінімальної. У деяких конструкціях гідротрансформатора для підвищення коефіцієнта корисної дії передбачено блокування насосного та турбінного коліс фрикційною муфтою з автоматичним керуванням.
Рис. 23. Принцип дії гідротрансформатора-гідромуфти
Рис. 24. Режими роботи гідротрансформатора та рух масла