Сцепление, его работа и классификация

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

На автомобилях применяются различные типы сцеплений (рис. 3.1.).

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

На автомобилях наибольшее применение получили фрикцион­ные сцепления. Однодисковые сцепления применяются на легковых автомобилях, автобусах и грузовых автомобилях малой и средней грузоподъемности, а иногда и большой грузоподъемности.

Рис. 3.1. Типы сцеплений, классифицированных по различным признакам

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

Многодисковые сцепления используются очень редко — толь­ко на автомобилях большой грузоподъемности.

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

Электромагнитные сцепления имели некоторое применение на автомобилях, но широкого распространения не получили в связи со сложностью их конструкции.

Фрикционным сцепле­нием называется дисковая муфта, в которой крутящий момент передается за счет силы сухого трения.

Широкое распространение на современных автомобилях полу­чили однодисковые сухие сцепления. Однодисковым сцеплением называется фрикционная муфта, в которой для передачи крутя­щего момента применяется один ведомый диск.

Двухдисковым называ­ется сцепление, в котором для передачи крутящего момента при­меняются два ведомых диска.

Двухдисковое сцепление при сравнительно небольших разме­рах позволяет передавать крутящий момент большой величины. Поэтому двухдисковые сцепления применяются на грузовых ав­томобилях большой грузоподъемности и автобусах большой вмес­тимости.

Рис. 3.2. Двухдисковое фрикционное сцепление:

1, 6 — пружины; 2 — болт; 3, 10 — паль­цы; 4— рычаг; 5— муфта; 7— кожух;

8 — нажимной диск; 9, 12 — ведомые диски; 11 — ведущий диск;

13 — маховик

Порядок проведения работы

2.1. Выбор основных параметров.

Основными параметрами являются: наружный D и внутренний d диаметры фрикционных накладок ведомых дисков ; коэффициент запаса сцепления β ; нажимное усилие пружин ; расчётный коэффициент трения μ ; число и жёсткость нажимных пружин ; давление q на фрикционные накладки ; число ведомых дисков .

Статический момент трения сцепления :

(3.1.)

где – усилие на нажимной диск ;

– коэффициент запаса сцепления ;

z – число поверхностей трения (z=2 для однодискового и z=4 для двухдискового сцепления;

– коэффициент трения (зависит от ряда факторов : параметров фрикционных материалов, состояния и относительной скорости скольжения поверхности трения, давления температуры и составляет );

– максимальный момент двигателя ;

– средний радиус трения .

Средний радиус трения с достаточной точностью можно определить из выражения

(3.2.)

где D – наружный диаметр фрикционной накладки ;

d – внутренний диаметр фрикционной накладки .

Усилие на нажимной диск :

(3.3.)

где – рабочее усилие одной пружины (обычно усилие, развиваемое одной пружиной, выбирают не более 100 кг );

– число нажимных пружин, которое выбирают по конструктивным соображениям.

Коэффициент запаса сцепления β – это отношение статического момента трения к максимальному моменту двигателя .

Значение β выбирают с учетом не­избежного изменения (уменьшения) коэффициента трения μ накладок в про­цессе эксплуатации, усадки нажимных пружин, наличия регулировки нажим­ного усилия, числа ведомых дисков. Уменьшение β составляет: вследствие усадки пружин 8–10%; вследствие износа накладок 15%, суммарное уменьшение β равно 25 %.

(3.4.)

где – статический момент трения сцепления ;

– максимальный момент двигателя.

Давление на фрикционные накладки :

(3.5.)

где – усилие на нажимной диск ;

– постоянная величина ( ) ;

D – наружный диаметр фрикционной накладки ;

d – внутренний диаметр фрикционной накладки .

Число пар трения :

(3.6.)

где – максимальный момент двигателя ;

– коэффициент запаса сцепления ;

– постоянная величина ( ) ;

– коэффициент трения (зависит от ряда факторов : параметров фрикционных материалов, состояния и относительной скорости скольжения поверхности трения, давления температуры и составляет );

q – давление на фрикционные накладки ;

D – наружный диаметр фрикционной накладки ;

d – внутренний диаметр фрикционной накладки .

2.2. Расчёт показателей нагруженности.

К показателям нагруженности относят удельную работу буксования и нагрев ведущего диска при трогании автомобиля с места.

Удельная работа буксования :

(3.7.)

где – работа буксования;

– постоянная величина ( ) ;

– число пар трения ;

D – наружный диаметр фрикционной накладки ;

d – внутренний диаметр фрикционной накладки .

Средняя температура ведущего диска:

Расчет ведущего диска на нагрев заключается в определении повышения средней температуры ведущего диска Δt. Принимают, что теплопередача в окружающую среду отсутствует и вся работа буксования идет на нагрев деталей:

; (3.8.)

где γ = 0,5 для однодискового сцеп­ления, γ = 0,25 для нажимного и

γ = 0,5 для промежуточного дисков двухдискового сцепления;

– работа буксования;

m_н – масса диска, кг;

с – удельная массовая теп­лоемкость чугуна (стали) (с=481,5 Дж/(кг°С).

2.3. Расчёт деталей сцепления.

Нажимное усилие одной витой пружины :

(3.9.)

где – суммарное усилие пружин сцепления ;

– число нажимных пружин;

– усилие на нажимной диск .

Суммарное усилие оттяжных и отжимных пружин сцепления :

(3.10.)

где – усилие на нажимной диск.

Максимальное усилие одной витой пружины :

(3.11.)

где – нажимное усилие одной витой пружины ;

– жёсткость пружины ;

– ход нажимного диска.

Ход поршня должен обес­печивать полное выключение сцепле­ния. Зазор между поверхностями тре­ния принимают для однодисковых сцеплений 0,75—1,0 мм и для двух­дисковых 0,6—0,7 мм.

Таким образом, у однодисковых мм, у двух­дисковых мм.)

Жёсткость пружины по возможности принимают минимальной, чтобы износ накладок меньше сказывался на изменении момента трения сцепле­ния, Ее можно определить из условия обеспечения минимального коэффициента запаса сцепления

(3.12.)

где – нажимное усилие одной витой пружины ;

– минимального коэффициента запаса сцепления ;

– коэффициент запаса сцепления ;

– величина износа накладок.

Величина износа накладок :

(8.13.)

где δ –толщина накладок .

Отжимные рычаги предназначены для включения и выключения сцепле­ния. Их конструкция должна обеспе­чивать минимальное трение в шарни­рах при высоких передаточном числе и жесткости. Обычно равномерно по окружности устанавливаются три-пять рычагов.

Отжимные рычаги рассчитывают по напряжениям изгиба. Изгибающий момент от действия силы , приложенной на концах рычагов , вызывает напряжение изгиба:

(3.14.)

где – усилие пружин сцеплеия при выключении ;

l – расстояние до опасного сечения ;

– передаточное число рычага ;

– число рычагов ;

– момент сопротивления изгибу.

Пример расчета

1. Выбор основных параметров.

Статический момент трения сцепления :

.

Средний радиус трения :

.

Усилие на нажимной диск :

кH.

Коэффициент запаса сцепления :

.

Давление на фрикционные накладки :

Па =0,246 МПа.

Число пар трения :

.

2. Расчёт показателей нагруженности.

Удельная работа буксования :

.

Средняя температура ведущего диска:

; .

3. Расчёт деталей

Нажимное усилие одной витой пружины :

кН.

Суммарное усилие оттяжных и отжимных пружин сцепления :

кН.

Максимальное усилие одной витой пружины :

кН.

Жёсткость пружины :

.

Величина износа накладок :

мм.

Отжимные рычаги :

МПа.

4. Контрольные вопросы

1. Что такое сцепление ?

2. Для чего служит сцепление в автомобиле ?

3. Для чего необходимо разъединение двигателя и трансмиссии ?

4. От чего сцепление предохраняет механизмы трансмиссии ?

5. Дать классификацию сцеплений по связи ведущих и ведомых час тей?

6. Дать классификацию сцеплений по созданию нажимного усилия ?

7. Дать классификацию сцеплений по числу ведомых дисков ?

8. Дать классификацию сцеплений по приводу ?

9. Какие сцепления являются постоянно замкнутыми ?

10. Какие сцепления по связи ведущих и ведомых частей получили

наибольшее применение ?

11. На каких автомобилях применяются однодисковые сцепления ?

12. На каких автомобилях применяются двухдисковые сцепления ?

13. Что такое фрикционное сцепление ?

14. Что такое фрикционное двухдисковое сцепление ?

15. От чего зависит коэффициент трения ?

16. Что такое коэффициент запаса сцепления ?

17. В чём заключается расчет ведущего диска на нагрев ?

18. Что относят к показателям нагруженности ?

19. В следствии чего происходит уменьшение коэффициент запаса

сцепления ?

20. Для чего предназначены отжимные рычаги ?

5. Варианты заданий
Вариант	D, мм	d, мм				кН	кДж	тн, кг	δ, мм	, кН	l, мм	,			Число ведомых дисков
ВАЗ-2101			87,3		1,5	0,62	16,8	4,38	3,3	4,07		0,294	3,5
ВАЗ-2103			105,9		1,2	0,62	17,2	5,52	3,3	4,07		0,295	2,43
ВАЗ-2121			121,6		1,2	0,62	17,5	5,55	3,3	5,50		0,311	2,43
ГАЗ-24			186,3		1,4	0,57	27,2		3,5	5,50		0,343	3,79
ГАЗ-53			284,4		1,6	0,62	22,3		4,0	8,39		0,300	4,68
ЗИЛ-130			402,1		1,7	0,68	33,2	20,5	4,0	12,0		0,320	5,33
МАЗ-500А			380,5		1,8	0,71	31,3	19,6	3,5	11,9		0,311	5,12
ЗИЛ-442100			510,6		1,7	0,65	34,2	22,1	4,5	12,2		0,321	5,37
МАЗ-6422			468,3		1,8	0,85	33,5	19,6	3,8	11,8		0,317	4,88
КамАЗ-43115			785,2		1,8	0,87	34,8	52,3	4,7	13,15		0,305	4,98
ЯМЗ-236			666,9		1,8	0,79	39,5	63,8	4,0	11,84		0,315	4,9
ЯМЗ-238			882,6		1,8	1,07	45,7	64,2	4,0	13,78		0,351	5,4