Овчаров М.С. КарГУ им. Е.А.Букетова

г. Караганда, Казахстан

Автоматическое сцепление

Сцепление обеспечивает кратковременное отсоединение двигателя от трансмиссии и вновь их плавное соединение, а также для предохранения двигателя и трансмиссии от перегрузок, поэтому к ней предъявляют ряд специфических требований:

- полное (чистое) включение и выключение;

- плавность включения;

- минимальный момент инерции ведомой части сцепления;

- уравновешенность осевых усилий во включенном и выключенном сцеплении;

- нормальный тепловой режим работы;

- постоянство момента трения сцепления;

- гашение высокочастотных колебаний, вызываемых работой двигателя;

- простота конструкции сцепления и его привода;

- легкость и удобство управления.

На автомобилях и тракторах в большинстве случаев применяют сухие дисковые постоянно замкнутые сцепления с пружинным нажимным устройством и гасителем крутильных колебаний, расположенных в ведомом диске. В качестве привода сцепления используются механические и гидравлические типы, которые в свою очередь могут иметь следящий гидравлический, пневматический или вакуумный усилитель.

К недостаткам сцепных механизмов и его привода можно отнести:

- усадка нажимных пружин в процессе эксплуатации;

- снижение коэффициента трения накладок;

- отсутствие автоматической регулировки нажимного усилия;

- большое количество деталей, как в конструкции сцепления, так и в его приводе.

Рассматриваемый механизм сцепления полностью отвечает всем специфическим требованиям и решает все основные недостатки сцепных механизмов и их приводов, кроме снижения коэффициента трения накладок. Конструктивное решение осуществляется посредством использования инерционных центробежных сил, а в качестве инерционных масс применяется жидкий наполнитель в виде масла и графита, а также могут быть использованы жидкие и низкоплавкие металлов.

Представленная (рис.1) принципиальная схема механизма сцепления, включает: маховик 1, с которым жестко соединяется и вращается вместе с ним цилиндрическая корзина 3. Внутри цилиндрической корзины 3, с возможностью осевого перемещения, установлен нажимной диск 4. Между нажимным диском 4 и задней стенкой цилиндрической корзины 3 устанавливается эластичная камера 5, с жидким наполнителем. Кроме

Рис.1. Принципиальная схема механизма сцепления

этого, между маховиком 1 и нажимным диском 4 расположен ведомый диск 2, конструкция которого остается неизменной, как и в существующих конструкциях механизмов сцепления автомобилей и тракторов. Ведомый диск 2 соединен через шлицевое соединение с первичным валом 6 коробки передач. При холостых оборотах вращения коленчатого вала двигателя, ведомый диск 2 находится в свободном состоянии, это состояние обеспечивается пружинами 7, которые установлены по окружности между маховиком 1 и нажимным диском 4. Зазор между ведомым диском 2, маховиком 1 и нажимным диском 4 настраивается посредством ограничительных винтов 8. Для устранения относительного вращения нажимного диска 4 и цилиндрической корзины 3, используется шпонка 9.

Устройство работает следующим образом. Перед началом работы нажимной диск 4 занимает крайнее правое положение, которое он принимает за счет действия пружин 7, при этом ведомый диск не зажат между маховиком 1 и подвижным нажимным диском 4. При работе двигателя в режиме холостого хода, маховик 1 вращаясь, вращает цилиндрическую корзину 3, которая через шпонку 9 вращает подвижный нажимной диск 4, и эластичную камеру 5 с жидким наполнителем. За счет центробежной силы, появляющейся при вращении механизма сцепления, жидкий наполнитель растекается по внутренней поверхности корзины и создает определенное давление на все окружающие её стенки.

Давление p в жидком наполнителе может быть определено выражением:

где - удельный вес жидкого наполнителя;

- угловая скорость маховика;

r – радиус рассчитываемого слоя жидкого наполнителя в корзине.

Давление умноженное на площадь контакта жидкого наполнителя с нажимным диском определяет усилие зажима ведомого диска.

Из выражения следует, что чем больше угловая скорость вращения маховика и радиус корзины, тем больше развивается давление в жидком наполнителе и тем больше сила, действующая в механизме сцепления.

Так как все стенки механизма сцепления неподвижны относительно жидкого наполнителя, кроме стенки нажимного диска 4, то он начинает перемещаться в направлении ведомого диска 2. Однако, пружины 7, находящиеся между нажимным диском и маховиком препятствуют перемещению этого диска и не дают возможности зажать ведомый диск 2 между маховиком и подвижным нажимным диском.

При рабочих режимах работы двигателя, за счет увеличения подачи топлива, число оборотов коленчатого вала двигателя повышается, повышается число оборотов маховика 1, цилиндрической корзины 3, подвижного нажимного диска 4 и, соответственно, число оборотов эластичной камеры 5 с жидким наполнителем. Возникают большие центробежные силы. Давление в любой точке вращающейся массы жидкого наполнителя возрастает и, воздействуя на подвижный нажимной диск, перемещает его в сторону маховика, преодолевая усилия пружин 7. При этом стенки эластичной камеры 5 растягиваются и зажимают ведомый диск 2. За счет сил трения, возникающих между фрикционными накладками ведомого диска 2, маховика 1 и подвижного нажимного диска 4, ведомый диск начинает вращаться и вращать первичный вал коробки передач.

При сбрасывании числа оборотов вращения коленчатого вала, давление в жидком наполнителе падает и подвижный нажимной диск, за счет усилия пружин 7, возвращается в исходное положение, освобождая ведомый диск от передачи крутящего момента первичному валу коробки передач.

Аналогичный принцип работы имеет и механизм сцепления представленный на рис.1 б. Отличительная особенность от рассмотренной конструкции является отсутствие эластичной камеры, а в место её имеется замкнутая полость 5. При этой схеме сцепления увеличиваются площади контакта жидкого наполнителя с нажимным диском 4 и силы прижатия ведомого диска 2 к маховику. Применение замкнутой полости 5 вызывает необходимость иметь в конструкции механизма сцепления дополнительного поршня, сообщающегося с атмосферным давлением. Этот поршень позволяет ликвидировать утечки и образование вакуумного пространства в замкнутой полости при перемещениях нажимного диска.

На рис.2 представлена графическая зависимость нажимного усилия F на ведомом диске сцепления в зависимости от числа оборотов коленчатого вала двигателя n. Эта зависимость охватывает диапазон сцеплений основных классов легковых и грузовых автомобилей с привязкой расчетных

показателей к существующим их конструктивным параметрам сцепления.

Рис.2. Зависимость нажимного усилия на ведомый диск

сцепления от числа оборотов коленчатого вала двигателя

На графике можно выделить три зоны нажимных усилий, действующих на ведомый диск: 1 - для существующих классов механизмов сцеплений с пружинным прижатием ведомых дисков; 2 - для конструкции сцепления с масляным наполнителем; 3 – для конструкции сцепления с графитовым наполнителем.

Из этого графика следует, что нажимные усилия на ведомый диск, в конструкции механизма сцепления значительно зависят от удельного веса жидкого наполнителя, чем больше удельный вес, тем больше усилия, кроме этого эти усилия в 5…7 раз превышают показатели существующих механизмов сцепления. Чтобы приблизить технические показатели новой конструкции сцепления к техническим показателям существующих конструкций сцепления необходимо:

- значительно уменьшить габаритные размеры сцепления;

- снизить металлоемкость и габаритные размеры ;

- использовать легкие наполнители;

- применять ступенчатые схемы нажимных дисков;

- использовать другие виды фрикционных накладок, или совсем отказаться от них, увеличив усилия нажима за счет ступенчатой схемы.

Но с другой стороны, значительные усилия дают возможность:

- снизить скорости скольжения дисков относительно друг друга;

- нормализовать тепловой режим работы механизма сцепления;

- создать один модуль (универсальный механизм) сцепления для всех типов автомобилей и тракторов;

- обеспечить плавность включения сцепления с увеличением числа оборотов коленчатого вала двигателя.