Требования предъявляемые к приводам сцепления. Назначение и требования к сцеплению. Расчет привода фрикционного сцепления
Общие сведения . Муфта сцепления служит для передачи крутящего момента, быстрого разъединения и плавного соединения двигателя с трансмиссией, необходимых для переключения передач и плавного трогания трактора или автомобиля с места, а также для предохранения двигателя и деталей трансмиссии от перегрузок.
Способность муфты передавать максимальный крутящий момент двигателя характеризуется коэффициентом запаса:
Где Мт - момент трения муфты сцепления;
Меmax - максимальный крутящий момент двигателя.
Коэффициент запаса выбирают в пределах 1,5…4 в зависимости от типа и назначения трактора или автомобиля.
Основные требования к муфтам сцепления: полное выключение и возможность плавного их включения; небольшой момент инерции ведомых частей и наличие тормозного устройства, необходимого для безударного переключения передач в ступенчатых трансмиссиях тракторов; простота и надежность в эксплуатации, легкость в управлении.
Муфты сцепления могут быть: с Силовым замыканием за счет сил трения (механические фрикционные) или Магнитного притяжения (электромагнитные) и с Динамическим Замыканием под действием сил инерции (гидравлические) или Индукционного взаимодействия электромагнитных полей (электрические).
На тракторах и автомобилях, как правило, применяют механические фрикционные дисковые муфты сцепления с силовым замыканием за счет сил трения.
Муфта сцепления имеет три основные части: ведущую, ведомую и механизм управления. На рисунке 1 показана упрощенная схема муфты сцепления. Ведущая часть — маховик 1 двигателя, кожух 5 и нажимной диск 4; ведомая - диск 2 с фрикционными накладками 3 и вал 8, соединенные между собой шлицевой ступицей.
Рис. 1 — Схема фрикционной муфты сцепления:
1 — маховик; 2 — ведомый диск; 3 — фрикционные накладки; 4 — нажимной диск; 5 — кожух муфты сцепления; 6 — пружина; 7 — педаль; 8 — вал.
Принцип действия такой муфты сцепления заключается в следующем.
Под действием пружин 6 ведомый диск зажат между поверхностями маховика и нажимного диска. Вследствие трения они вращаются как одно целое и передают крутящий момент от коленчатого вала двигателя валу 8 трансмиссии.
Для выключения муфты сцепления нажимают педаль 7. При этом нажимной диск, преодолевая усилия пружин, перемещается вправо и освобождает ведомый диск. Передача вращения на ведомый вал 8. прекращается.
Классификация муфт сцепления
Механические фрикционные муфты сцепления классифицируют по следующим признакам:
1) по роду трения - Сухие И Мокрые .
Сухие муфты, как правило, имеют ведомые диски с фрикционными накладками и работают без смазывающей жидкости, а мокрые муфты со стальными ведомыми дисками работают в жидкости (масле);
2) по числу ведомых дисков - Одно -, Двух — и Многодисковые .
Например, муфта сцепления редуктора пускового двигателя, многодисковая, работает в масле, а муфта сцепления, изображенная на рисунке 1, однодисковая, сухая;
3) по типу нажимного устройства — Постоянно замкнутые , если нажимной механизм пружинный, как, например, у муфты на рисунке 1, и Непостоянно замкнутые , если нажимной механизм рычажного типа;
4) по принципу управления - Без усилителя и с Усилителем : рычажно-пружинным (сервомеханизмы), гидравлическим, пневматическим,
5) по передаче крутящего момента трансмиссии - Одно — и Двухпоточные .
Для передачи крутящего момента не одному, а двум потребителям, например коробке передач и механизму отбора мощности, и самостоятельного управления ими применяют двухпоточные муфты сцепления;
6) по назначению - Главная и Дополнительные .
Главной называют муфту сцепления, передающую крутящий момент через трансмиссию на ведущие колеса или звездочки. Ее устанавливают между двигателем и коробкой передач. Муфты сцепления, размещаемые в увеличителе крутящего момента, коробке передач, редукторе механизма отбора мощности и других устройствах, называют дополнительными (или специальными).
Однодисковая постоянно замкнутая муфта сцепления автомобиля ГАЗ-66 имеет стальной ведомый диск 12 (рис. 2) с фрикционными накладками, гасителем крутильных колебаний и ступицей, которая посажена на шлицы вала 17 муфты сцепления. Этот диск расположен между маховиком 11 и нажимным диском 13. Последний размещен в кожухе 14, прикрепленном болтами к маховику, и соединен с кожухом тремя приливами-кронштейнами. Поэтому нажимной диск, кожух и маховик вращаются как одно целое, но при этом нажимной диск может перемещаться в продольном направлении. С помощью пружин 21 нажимной диск 13 прижимается к ведомому диску 12 и плоскости маховика 11, т. е. муфта сцепления находится во включенном состоянии. Сжатие дисков пружинами 21 создает момент трения, позволяющий передавать крутящий момент от двигателя к трансмиссии.
Механизм управления состоит из вилки 20, отводки 18 с упорным подшипником и отжимных рычагов 15 со стойками. Нажимной диск 13 приливами соединен с короткими плечами рычагов 15.
В исходном положении вилка удерживается оттяжной пружиной 22 и между отводкой 18 и рычагами 15 существует зазор. При нажатии на педаль 1 через систему гидропривода вилка 20 перемещает вперед отводку 18, которая нажимает на внутренние концы рычагов 15. Эти рычаги, поворачиваясь в шарнирах стойки, короткими плечами оттягивают нажимной диск 13 назад, преодолевая сопротивление пружин 21. Диски раздвигаются, и муфта сцепления выключается. Для плавного выключения муфты педаль необходимо отпускать постепенно.
Рис. 2 — Однодисковая постоянно замкнутая муфта сцепления автомобиля ГАЗ-66:
1 — педаль; 2 — тяга; 3, 4, 16, 21 и 22 — пружины; 5 — главный цилиндр; 6 — манжета; 7 — шайба-клапан; 8 — поршень; 9 — толкатель; 10 и 15 — рычаги; 11 — маховик; 12 — ведомый диск; 13 — нажимной диск; 14 — кожух; 17 — вал муфты сцепления; 18 — отводка; 19 — шаровая опора; 20 — вилка; 23 — рабочий цилиндр; 24 — толкатель; 25 — поршень рабочего цилиндра; 26 — уплотнительный грибок; 27 — соединительная гидролиния.
Такие муфты сцепления устанавливают на автомобилях легковых, грузовых малой и средней грузоподъемности, а также на тракторах малых тяговых классов.
Двухдисковая постоянно замкнутая муфта сцепления состоит из ведомых дисков 12 и 15 (рис. 3, а) и двух ведущих дисков: промежуточного 14 и нажимного 11. Ведущие диски соединены с кожухом 10 пальцами 13. Если педаль муфты сцепления находится в свободном состоянии, то ведущие и ведомые диски под действием пружин 9 будут прижаты к маховику, т. е. муфта сцепления включена. При нажатии на педаль отводка 5 перемещается вперед, нажимает на отжимные рычаги 4, которые через болты 3 перемещают нажимной диск 11 назад. Диски разъединяются, и муфта сцепления выключается (как показано на рис. 3, а).
Промежуточный ведущий диск 14 отодвигается от переднего ведомого диска 15 с помощью специальных пружин 1, причем перемещение этого диска ограничивается регулировочными болтами 2, что устраняет возможность заклинивания дисков.
Двухдисковые фрикционные муфты сцепления имеют значительный момент трения и поэтому могут передавать большой крутящий момент от двигателя к трансмиссии. Их применяют на автомобилях большой грузоподъемности (Урал-5557, КамАЗ-5320, КрАЗ-221 и др.) и на тракторах тяговых классов 1,4 и выше (МТЗ-100, МТЗ-102, ДТ-75МВ, Т-150, Т-150К, Т-130М и др.).
Рис. 3 — Типовые схемы фрикционных муфт сцепления:
А — двухдисковая постоянно замкнутая: 1 — отжимная пружина промежуточного диска; 2 — регулировочный болт; 3 — отжимной болт; 4 — отжимной рычаг; 5 — отводка; 6 — вал муфты сцепления; 7 — вилка выключения; 8 — тяга; 9 — нажимная пружина; 10 — кожух; 11 — нажимной диск; 12 — задний ведомый диск; 13 — направляющий палец; 14 — промежуточный диск; 15 — передний ведомый диск; 16 — маховик; б — непостоянно замкнутая: 1 — маховик; 2 — передний ведомый диск; 3 — средний ведущий диск; 4 — нажимной ведомый диск; 5 — нажимной кулачок; 6 — крестовина; 7 — серьга; 8 – передвижная муфта; 9 — вилка; 10 — тяга; 11 — рычаг; 12 — вал муфты сцепления; 13 — соединительное звено; 14 — палец; в — двухпоточная: 1 — маховик; 2 — ведомый диск главной муфты сцепления; 3 — нажимной диск главной муфты сцепления; 4 — ведомый диск муфты сцепления ВОМ; 5 — нажимной диск; 6 — штифт; 7 — регулировочный болт; 8 — отжимной рычаг; 9 — педаль; 10 — вал главной муфты сцепления; 11 — вал привода ВОМ; 12 и 13 — нажимные пружины.
Однодисковая непостоянно замкнутая муфта сцепления представляет собой ведущий диск 3 (рис. 3, б), свободно посаженный на ступицу ведомого диска 2. С помощью пальцев 14 и упругих соединительных звеньев 13 диск 3 связан с маховиком 1. Ведущий диск расположен между двумя ведомыми дисками 2 и 4 с фрикционными накладками. Передний ведомый диск 2 жестко закреплен на валу 12 муфты сцепления. Задний ведомый диск 4, который одновременно является и нажимным диском, соединен со ступицей ведомого диска 2 шлицевым или зубчатым соединением и может перемещаться вдоль вала.
Нажимное устройство рычажно-кулачкового типа состоит из передвижной муфты 8, серег 7, крестовины 6 и кулачков 5, качающихся на осях в крестовине. При перемеще-нии рычага 11 управления вперед передвижная муфта 8 сдвигается назад, кулачки 5 не действуют на задний ведомый диск 4, диски 2, 3 и 4 не соприкасаются и муфта сцепления выключена. При перемещении рычага 11 назад муфта 8 передвигается вперед и через серьги 7 поворачивает кулачки 5, которые надавливают на нажимной диск 4, сжимая тем самым ведущий и ведомые диски. Муфта сцепления включена.
Такая муфта установлена на тракторе Т-100М.
Двухпоточная постоянно замкнутая муфта сцепления представляет собой сочетание двух муфт сцеплений: главной и привода механизма отбора мощности. Каждая муфта имеет по два ведомых 2, 4 (рис. 3, в) и ведущих 3, 5 диска. При свободном состоянии педали 9 управления муфтой сцепления все ведущие и ведомые диски пружинами 12 и 13 прижаты к маховику 1, и за счет сил трения крутящий момент от двигателя передается через вал 10 трансмиссии, а через вал 11 механизму отбора мощности.
При нажатии на педаль 9 за ее первую половину хода рычаги 8 отводят от маховика 1 оба нажимных диска 3 и 5 с зажатым между ними ведомым диском 4 с помощью пружин 13. В этом положении ведомый диск 2 освобождается и главная муфта сцепления выключается, а ведомый диск 4 муфты сцепления привода механизма отбора мощности продолжает вращаться. При дальнейшем нажатии на педаль 9 (как показано на рис. 3, в) штифты 6 переднего нажимного диска 3 упираются в регулировочные болты 7 и перемещение диска 3 прекращается, а задний нажимной диск 5 продолжает перемещаться назад, преодолевая сопротивление пружин 12, тем самым освобождая ведомый диск 4 и выключая муфту сцепления привода механизма отбора мощности.
Этими муфтами сцепления оборудованы тракторы ЮМЗ-6Л, ЮМЗ-6М и самоходное шасси Т-16М.
Однодисковые сцепления с мембранной пружиной . Мембранная пружина применяется в сцеплениях автомобилей семейств «Москвич» и ВАЗ, а также в сцеплениях грузовых автомобилей особо малой грузоподъемности. Особенностью такого сцепления является то, что в нем функции нажимных пружин и рычагов, отводящих нажимной диск, выполняет мембранная пружина. В свободном состоянии она имеет форму тарельчатого диска в виде усеченного конуса. От отверстия у вершины конуса идут радиальные прорези, образующие 18 лепестков, выполняющих роль выжимных рычагов сцепления.
К преимуществам такой пружины следует отнести то, что она способствует созданию более равномерного и постоянного давления на нажимной диск, а также поддержанию заданного крутящего момента во фрикционном сопряжении по мере изнашивания накладок ведомого диска.
Сцепление с мембранной пружиной (рис. 4, а) состоит из двух неразборных в процессе эксплуатации частей. В одну из них входит кожух 7 с установленными в нем мембранной пружиной 8 и нажимным диском 3, а в другую - ведомый диск 2 с гасителем крутильных колебаний. Кожух центрируется относительно маховика 1 на штифтах и крепится к нему болтами. Крутящий момент от кожуха к нажимному диску передается через три упругие пластины. С внутренней стороны кожуха при помощи ступенчатых заклепок 6 установлены два кольца 5, которые являются опорами для мембранной пружины 8. Располагаясь между кольцами, она имеет возможность прогибаться относительно них.
При включенном сцеплении (рис. 4, б) мембранная пружина 8 благодаря своей форме и установке между опорными кольцами, нагружает нажимной диск 3, надежно зажимая ведомый диск между ним и плоскостью маховика, в результате чего крутящий момент передается на ведущий вал 10 (см. рис. 4, а) коробки передач.
При нажатии на педаль сцепления вилка 11 выключения сцепления перемещает расположенный на муфте выжимной подшипник 9, который через специальное фрикционное кольцо перемещает центральную часть мембранной пружины в сторону маховика (рис. 4, в). При этом ее наружная часть удаляется от него и при помощи фиксаторов 4 перемещает за собой нажимной диск, освобождая при этом ведомый диск. Передача крутящего момента на ведущий вал коробки передач прекращается.
Рис. 4 — Сцепление с мембранной пружиной:
А — продольный разрез; б — сцепление включено; в — сцепление выключено
Примеры конструкции муфт сцепления
Конструкция муфты сцепления автомобиля ГАЗ-53-12 . На автомобиле установлена фрикционная сухая однодисковая постоянно замкнутая муфта сцепления с механическим приводом выключения. Она размещена в картере муфты сцепления, состоящем из верхней 24 (рис. 5) и нижней 41 частей. Передним торцом картер с помощью болтов крепят к заднему торцу блока двигателя, а к заднему торцу картера на шпильках - коробку передач 36.
Ведущие элементы муфты сцепления - маховик 23, нажимной диск 26 и кожух 25. Нажимной диск тремя приливами-кронштейнами связан с кожухом, который прикреплен к маховику болтами. Нажимной диск имеет 12 бобышек, а кожух 25 - 12 выштамповок под установку нажимных пружин 7 муфты сцепления. Между пружинами и нажимным диском установлены теплоизолирующие шайбы 9.
Ведомый элемент муфты сцепления - диск 20 с фрикционными накладками 22, гасителем крутильных колебаний и ступицей 11, которая посажена на шлицы первичного вала 13 коробки передач и может перемещаться по ним.
Рис. 5 — Муфта сцепления автомобиля ГАЗ-53-12:
1 — валик педали сцепления; 2 — втулка валика; 3 и 46 — оттяжные пружины; 4 — кронштейн пружины; 5 — регулировочная гайка тяги; 6 — вилка выключения; 7 — нажимная пружина; 8 — шаровая опора вилки; 9 — теплоизолирующая шайба; 10 — фрикционные шайбы; 11 — ступица ведомого диска; 12 — коленчатый вал; 13 — первичный вал; 14 — передний подшипник; 15 — отводка; 16 — подшипник отводки; 17 — болт крепления маховика; 18 — пружина демпфера; 19 — пластина демпфера; 20 — ведомый диск; 21 — пружинная пластина; 22 — г-фрикционные накладки; 23 — маховик; 24 и 41 — части картера; 25 — кожух; 26 — нажимной диск; 27 — игольчатый подшипник; 28 — пальцы; 29 — опорная вилка; 30 — пружина; 31 и 42 — масленки; 32 — крышка вентиляционного люка; 33 — регулировочная гайка; 34 — оттяжной рычаг; 35 — гибкий шланг; 36 — коробка передач; 37 — задний подшипник; 38 — крышка подшипника; 39 — пластина; 40 — защитный чехол; 43 — кронштейн педали; 44 — рычаг валика педали; 45 — тяга выключения; 47 — педаль.
В момент выключения сцепления нажимной диск отводится от ведомого тремя оттяжными рычагами 34. Через верхнее отверстие с помощью пальца 28 рычаг соединен с приливами нажимного диска, а через нижнее отверстие с помощью пальца, вилки 29, пружины 30 и регулировочной гайки 33 - с кожухом 25. Для облегчения поворота рычага относительно пальцев в отверстиях рычага размещены игольчатые подшипники 27.
Отводка 15 муфты сцепления с напрессованным на нее упорным шарикоподшипником установлена на гильзе передней крышки 38 и может перемещаться по ней. При включенной муфте сцепления отводка 15 смещена назад специальной пружиной. В приливы отводки упирается один конец вилки 6 выключения муфты сцепления. Вилка 6 поворачивается на шаровой опоре 8 и удерживается пластиной 39. Другой конец вилки соединен с тягой 45, имеющей регулировочную гайку 5. Тяга 45 через рычаг 44 и валик 1 соединена с педалью 47 муфты сцепления.
При выключении муфты сцепления нажимают на педаль 47, которая вместе с валиком 1 и рычагом 44 поворачивается и перемещает тягу 45. Усилие от тяги 45 передается вилке 6, которая коротким плечом перемещает отводку 15 вперед, поворачивая рычаги 34. Преодолевая сопротивление пружин 7, короткие плечи рычагов перемещают нажимной диск, тем самым освобождая ведомый диск муфты сцепления.
Муфты сцепления всех автомобилей и некоторых тракторов (МТЗ-100, МТЗ-102, Т-150, Т-150К) оснащают гасителями крутильных колебаний. Они уменьшают амплитуду крутильных колебаний валов и повышают их долговечность. Основные детали гасителя крутильных колебаний (демпфера) - пружины 18, помещенные в окна ведомого диска 20, ступицы 11 диска и пластины 19, и две фрикционные шайбы 10, зажатые с определенным усилием между диском 20 и ступицей 11 и между ступицей 11 и пластиной 19.
Конструкция муфты сцепления трактора Т-150. На тракторе установлена фрикционная сухая двухдисковая постоянно замкнутая муфта сцепления с механическим приводом выключения, имеющим сервомеханизм.
Ведущие детали муфты сцепления - маховик 5 (рис. 6), промежуточный 2 и нажимной 1 диски, кожух 27. Выступы промежуточного и нажимного дисков входят в четыре паза маховика, благодаря чему диски могут перемещаться вдоль оси муфты, вращаясь совместно с маховиком.
Ведомые детали муфты сцепления – два диска 6 с фрикционными накладками и гасителем крутильных колебаний. Эти диски зажаты между маховиком 5, промежуточным и нажимными пружинами 29, которые центрируются в стаканах 28 и 30 нажимного диска и кожуха.
С обеих сторон промежуточного диска установлено по четыре отжимные пружины 8, которые обеспечивают равномерное разъединение ведомых дисков и установку промежуточного диска 2 в среднем положении при выключении муфты сцепления.
Механизм выключения муфты сцепления состоит из отводки 16 и четырех отжимных рычагов 13, которые короткими плечами соединены с приливами нажимного диска, а к длинным плечам рычагов скобами 14 прикреплено нажимное кольцо 26. На рычаги 13 установлены отжимные пружины 9, исключающие самопроизвольное качание рычагов. Отводка 16 состоит из корпуса, шарикового подшипника 23 с упором 17 и уплотнения. Отводка перемещается по цилиндрическому выступу заднего стакана 19 корпуса 18 муфты сцепления. Цапфы отводки входят в зевы вилки 25, которая закреплена на валике 24. Валик поворачивается в опорах корпуса муфты. На правом наружном конце валика 24 закреплен поворотный рычаг 8 (рис. 7), соединенный тягой 3 с педалью 1 управления.
Муфта сцепления снабжена тормозком колодочного типа, притормаживающим ведомые детали муфты при ее выключении, что обеспечивает безударное включение режимов. Тормозок состоит из колодки 22 (см. рис. 6) с приклепанной к ней фрикционной накладкой 21, которая при выключении муфты сцепления прижимается к хвостовику ведомого вала 20 большего диаметра и создает тормозной момент.
Для облегчения выключения муфты сцепления ее привод оснащен механическим сервомеханизмом. Педаль 1 (см. рис. 7) прикреплена к длинному плечу рычага 2, который поворачивается на оси. Ось установлена в цапфах кронштейна 14 и зафиксирована стопорным болтом. Кронштейн прикреплен к корпусу 15 коробки передач. Короткое плечо рычага 2 связано с серьгой 13. Один конец пружины 12 сервомеханизма соединен с серьгой 13, а другой — с тягой 11, шарнирно связанной с кронштейном 10.
Рис. 6 — Муфта сцепления трактора Т-150:
1 — нажимной диск; 2 — промежуточный диск; 3 — уплотнение; 4 и 23 — подшипники; 5 — маховик; 6 — ведомый диск; 7 и 15 — масленки; 8 и 9 — отжимные пружины; 10 — вилка; 11 — стопорная пластина; 12 — регулировочная гайка; 13 — отжимной рычаг; 14 — скоба; 16 — отводка; 17 — упор; 18 — корпус; 19 — задний стакан; 20 — ведомый вал; 21 — фрикционная накладка; 22 — тормозная колодка; 24 — валик выключения; 25 — вилка выключения; 26 — нажимное кольцо; 27 — кожух; 28 и 30 — стаканы пружины; 29 — нажимная пружина.
Длинное плечо рычага 2 через регулируемую тягу 3 соединено с поворотным рычагом 8 валика выключения муфты сцепления.
Для выключения муфты сцепления нажимают на педаль 1. При этом двуплечий рычаг 2 поворачивается вокруг оси и через тягу 3 поворачивает рычаг 8 вместе с валиком. Вилка 9 перемещает отводку 5 вперед, торец (упор) 7 которой действует на упорное (нажимное) кольцо 6, поворачивая отжимные рычаги вокруг пальцев. Короткие плечи рычагов отводят нажимной диск назад, а промежуточный диск при этом под действием пружин устанавливается в среднее положение. Ведомые диски освобождаются, и передача вращения от маховика на вал муфты сцепления прекращается.
Рис. 7 — Привод выключения муфты сцепления трактора Т-150:
1 — педаль; 2 — двуплечий рычаг; 3 — тяга; 4 — задний стакан; 5 — отводка; 6 — нажимное кольцо; 7 — упор; 8 — поворотный рычаг; 9 — вилка выключения; 10 — кронштейн тяги; 11 — тяга сервомеханизма; 12 — пружина сервомеханизма; 13 — серьга; 14 — кронштейн; 15 — корпус коробки передач.
Во время выключения муфты сцепления вместе с валиком выключения поворачивается и рычажок тормозка, перемещая вверх колодку, которая в дальнейшем затормаживает вал муфты сцепления под действием усилия пружины тормозка.
При нажатии на педаль в начальный момент пружина 12 сервомеханизма растягивается. После того как ось симметрии короткого плеча рычага 2 пройдет через линию оси симметрии пружины 12, пружина начинает сжиматься и помогает поворачивать двуплечий рычаг, снижая усилие, необходимое для выключения муфты сцепления.
При отпускании педали под действием силы двадцати нажимных пружин муфты сцепления пружина 12 сервомеханизма растягивается до тех пор, пока ось симметрии короткого плеча рычага 2 не пересечет линию оси симметрии пружины. После этого пружина сжимается и перемещает двуплечий рычаг до упора в пол кабины.
Механизм выключения
Механизм выключения сцепления может иметь Гидравлический, Механический или Пневматический привод.
Гидропривод . Основные элементы - бачок 1 (рис. 8) с тормозной жидкостью, рабочий и главный цилиндры, тяги, шланги и педаль. Педаль 7 сцепления, главный цилиндр 3 с рычагами и тягами составляют отдельный блок, прикрепляемый болтами к кабине автомобиля. Педаль удерживается в исходном (крайнем заднем) положении пружиной 6. Главный цилиндр 3 соединен питательным шлангом 2 с бачком, а гибким шлангом 8 - с рабочим цилиндром 17.
Рис. 8 — Гидропривод сцепления:
1 — бачок; 2 и 8 – питательный и соединительный шланги; 3 — главный цилиндр; 4 — защитный колпак; 5 и 15 — толкатели; 6 и 16 — пружины; 7 — педаль; 9 — поршень главного цилиндра; 10 – манжета; 11 — отжимной рычажок сцепления; 12 — подшипник выключения сцепления; 13 — вилка; 14 – регулировочная гайка; 17 — рабочий цилиндр; 18 — поршень;19 — колпачок перепускного клапана; А и Б — компенсационное и перепускное отверстия
При нажатии на педаль 7 сцепления усилие от нее передается толкателю 5 главного цилиндра. Под действием толкателя поршень 9 перемещается вперед и вытесняет жидкость в рабочий цилиндр. Поршень 18 рабочего цилиндра через толкатель 15 воздействует на внешний конец вилки 13 выключения сцепления, поворачивая ее вокруг опоры. Внутренний конец вилки через подшипник 12 и отжимные рычажки отводит нажимной диск, выключая сцепление.
При отпускании педали сцепления под действием пружин 6 и 16 поршни цилиндров возвращаются в исходное положение, а жидкость из рабочего цилиндра вытесняется поршнем в главный цилиндр. Бачок гидропривода сцепления и тормоза общий, разделен перегородками на три отсека и для удобства контроля за уровнем жидкости выполнен из полупрозрачного материала.
Для удаления воздуха из гидросистемы в рабочий цилиндр ввернут клапан, закрытый резиновым колпачком 19.
Механический привод . Основные элементы - педаль, выжимной подшипник, вилки выключения сцепления и включения тормозка, рычаги вилок и тяг. Нажатием на педаль с помощью тяги, рычага и вилки перемещается вперед выжимной подшипник 4 (рис. 10).
Рис. 9-Механизм выключения сцепления с механическим приводом:
1- педаль; 2 – регулировочный винт; 3 — отжимной рычажок; 4 – выжимной подшипник; 5 — рычаг тормозка; 6 — рычаг выключения сцепления; 7 и 8 — тяги; 9 — упорный болт; 10 — пружина;
Рис. 10 — Механизм выключения сцепления с пневматическим приводом:
1- педаль;6 — рычаг выключения сцепления;8 — тяга; 9 — упорный болт; 10 — пружина; 11 — шток; 12 — пневмокамера; 13 — воздушный баллон; 14 – клапан; 15 — плунжер;16 — корпус следящегоустройства;17 — регулировочная гайка тормозка;18 – отверстие
Он нажимает на внутренние концы отжимных рычажков 3, которые наружными концами отводят нажимной диск от маховика, освобождая ведомый диск, — сцепление выключается. При этом движение от рычага 6 передается через тягу рычага 5 тормозка и вал трансмиссии останавливается.
Для включения сцепления педаль отпускают, отжимные рычажки с выжимным подшипником отходят назад, а нажимной диск под действием пружин прижимает ведомый диск к маховику. При включенном сцеплении между выжимным подшипником и отжимными рычажками должен быть зазор, который соответствует определенному свободному ходу педали.
Для снижения усилия, прикладываемого водителем к педали, механизмы выключения многих тракторов снабжены усилителями. В качестве усилителя рассматриваемого сцепления применен механический сервоусилитель. Он состоит из пружины 10 и кронштейна с упорным болтом 9. В начале хода педали сцепления пружина сжимается, а затем, разжимаясь, помогает полностью выключить сцепление.
На некоторых тракторах и автомобилях в качестве усилителя применен пневматический сервомеханизм.
Пневматический привод.
Такой механизм состоит из пневмокамеры 12 (рис.9, б), закрепленной на корпусе сцепления с левой стороны, и следящего устройства. Корпус 16 следящего устройства соединен через тягу 8 с педалью, а плунжер 15 - с рычагом 6. Если нажать на педаль сцепления, то тяга 8 переместит корпус 16 следящего устройства по плунжеру, испытывающему сопротивление со стороны рычага. Клапан 14, перемещаемый вместе с корпусом, упрется в торец плунжера и откроется.
Сжатый воздух из пневмосистемы трактора через клапан 14 поступит в пневмокамеру и переместит шток 11, который, воздействуя на рычаг вилки, выключит сцепление. При возвращении педали в исходное положение между клапаном 14 и плунжером 15 образуется зазор. Сжатый воздух из пневмокамеры выходит через отверстие 18 следящего устройства в атмосферу.
Техническое обслуживание.
Возможные неисправности
Работоспособность сцепления определяется надежным и плавным соединением ведущей и ведомой частей при включении и полным разъединением при выключении.
При эксплуатации трактора и автомобиля в сцеплении могут возникнуть следующие неисправности: неполное включение (сцепление пробуксовывает), неполное выключение (сцепление «ведет») и сцепление сильно нагревается.
Следует правильно пользоваться сцеплением. Выключать его надо быстро, а включать - плавно и без задержки в полувыключенном положении. При остановке трактора или автомобиля с работающим двигателем нельзя долго держать сцепление выключенным во избежание быстрого изнашивания трущихся поверхностей дисков.
При ТО-2 проверяют работу сцепления и при необходимости регулируют его. Смазывают подшипники через имеющиеся пресс-масленки.
Во время эксплуатации трактора и автомобиля накладки ведомых дисков изнашиваются. В связи с этим нарушается начальная регулировка сцепления. Это можно обнаружить по уменьшению свободного хода педали, который должен быть в определенных пределах. Определенному свободному ходу педали соответствует зазор между отжимными рычажками и выжимным подшипником. Необходимый зазор устанавливают по свободному ходу педали, изменяя длину тяг 8 (см. рис. 9, а) сцепления. Перед регулировкой сцепления предварительно снимают тягу 7 тормозка и освобождают педаль 1 от воздействия пружины сервоусилителя, ввернув до упора болт 9.
Отрегулировав сцепление, регулируют тормозок изменением длины тяги 7 или регулировочной гайкой 17. При правильной регулировке тормозок должен срабатывать после полного выключения сцепления. Неодинаковый зазор между всеми рычажками и выжимным подшипником может привести к перекосу нажимного диска и ненормальной работе сцепления (неполное выключение или включение рывками). Равномерность зазора регулируют отвертыванием или ввертыванием регулировочных винтов 2 при отпущенных контргайках.
В процессе эксплуатации возможны следующие неисправности сцепления.
| Неисправность | Причина | Способ устранения |
| Сцепление пробуксовывает | Нет свободного хода педали сцепленияЗамаслены фрикционные накладки ведомых дисковУсадка или поломка нажимных пружин
Износ фрикционных накладок ведомых дисков |
Отрегулировать сцеплениеПромыть сцепление бензиномЗаменить неисправные пружины
Заменить фрикционные накладки |
| Сцепление ведет | Велик свободный ход педали сцепленияМал ход промежуточного среднего (ведущего) дискаКоробление ведомых дисков
Сломана одна из отжимных тяг Неправильно отрегулирован тормозок |
Отрегулировать сцеплениеОтрегулировать сцеплениеОтрихтовать ведомые диски, при необходимости заменить их
Заменить поломанную тягу Отрегулировать тормозок |
| При выключении сцепление сильно нагревается | Преждевременное включение тормозкаКоробление ведомых дисков | Отрегулировать тормозокОтрихтовать или заменить ведомые диски |
Контрольные вопросы.
Назначение муфты сцепления.
Какие муфты сцепления существуют?
Основные составляющие муфты сцепления.
Принцип действия механической муфты сцепления.
Классификация механических фрикционных муфт сцепления
По роду трения
По числу ведомых дисков
По типу нажимного механизма
По принципу управления
По передаче крутящего момента трансмиссии
По назначению
Однодисковая постоянно замкнутая муфта, ее устройство и принцип работы.
Двухдисковая постоянно замкнутая муфта, ее устройство и принцип работы.
Однодисковая непостоянно замкнутая муфта, устройство и работа.
Двухпоточная постоянно замкнутая муфта сцепления, устройство и работа.
Однодисковые сцепления с мембранной пружиной, устройство и работа.
Описать конструкцию муфты сцепления автомобиля ГАЗ-53-12, трактора Т-150.
Гидравлический механизм выключения сцепления, основные составляющие, принцип работы.
Механический привод выключения муфты сцепления, основные составляющие и принцип работы.
Пневматический привод выключения муфты сцепления, основные составляющие и принцип работы.
Возможные неисправности муфты сцепления и ее ТО, регулировки.
Описать какие могут быть муфты сцепления.
Назначение, основные составляющие фрикционной муфты сцепления, принцип действия зарисовать схему (рис. 1)
Описать классификацию механических фрикционных муфт сцепления.
Принцип работы двухдисковой постоянно замкнутой муфты сцепления, зарисовать схему (рис. 3, а).
Принцип работы однодисковой непостоянно замкнутой муфты, зарисовать схему (рис. 3, б).
Двухпоточная постоянно замкнутая муфта сцепления, ее работа, зарисовать схему (рис. 3, в).
Основные составляющие однодискового сцепления с мембранной пружиной, его работа.
Основные составляющие гидропривода выключения механического сцепления, его работа.
Основные элементы механического привода выключения сцепления, его работа, указать места регулировки.
Как работает пневматический привод выключения сцепления.
Записать основные регулировки механизма сцепления.
Записать основные неисправности механизма сцепления (таблица).
Список литературы.
1. А. М. Гуревич и др. Конструкция тракторов и автомобилей. М.: Агропромиздат, 1989. – с. 124-132
2. В. А. Родичев. Тракторы и автомобили. М.: Колос, 1998. – с. 144-153
3. В. В. Ильяков. Регулировки сельскохозяйственных тракторов. Справочник. М.: Колос, 1996. – с.116-135
4. В. Л. Роговцев и др. Устройство и эксплуатация автотранспортных средств. М.: Транспорт, 1990. – с. 195-205
О П И С А Н И Е
Союа Советских
Социалистических
Республик
Зависимое от авт. свидетельства №
Заявлено 17.II I.1967 (X. 1142127/25-27) с присоединением заявки №
УДК 621.85-756.4(088.8) Приоритет
Комитет по делам иаобретеиий и открытий пои Совете Министров
В, Г. Степанов, А, 3.. Цапский, В. H. Плюхин и В. К. Выков
Заявитель Всесоюзный научно-исследовательский институт землеройного машино. строения
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕДОХРАНЕНИЯ ТРАНСМИССИИ
ОТ ПЕРЕГРУЗОК
Предмет изобретения
Известно устройство для защиты трансмиссии привода рабочего органа землеройных машин, состоящее из датчика и связанного с ним пружинно-рычажного механизма. Датчик выполнен в виде установленного между двигателем и редуктором шкива с планетарной передачей и стопорным приспособлением.
Предложенное устройство отличается тем, что для упрощения конструкции в качестве датчика в нем используется редуктор, установленный на раме на подшипниках, подпружиненный и связанный карданным сочленением с приводным валом.
Другой отличительной особенностью является то, что в пружинно-рычажный механизм введен эксцентрик, что повышает точность срабатывания механизма.
На чертеже изображена схема описываемого устройства.
Крутящий момент передается IIO карданному валу 1 к редуктору 2 и далее на выходной вал
8. Редуктор закреплен не жестко и может поворачиваться относительно вала 4. От этого проворачивания корпус редуктора удерживается с одной стороны пружиной 5, а с другой стороны — упором б, взаимодействующим с выступом 7 корпуса. Рабочая пружина 5 регулируется на передачу предельного крутя.цего момента. Выступ 7 корпуса редуктора через оычаг 8 связан с эксцентриком 9, плечи кото2 рого 10 и ll смещены на 10 — 15 млт относительно мертвой точки. В этом положении эксцентрик удерживается исполнительной пружиной 12 через вал 18, рычаг 14 и тягу 15.
5 При превышении отрегулированной величины крутящего момента пружина 5 сжимается под действием выступа 7, который, переместившись, тянет за собой рычаг 8. Рычаг 8, воздействуя на плечо 10 эксцентрика 9, повора10 чнвает его вокруг оси и переводит плечо 11 и тягу 15 через мертвую точку, освободив через рычаг 14 и вал 18 исполнительную пружину
12. Пружина 12 толкает вперед стержень lб, связанный шарнирно с рычагом 17 муфты
15 сцепления 18, и муфта, таким образом, отключается.
Педаль 19 служит для ножного включения муфты.
Возвращают механизм в состояние готовно20 сти, вставляя рычаг в отверстие 20.
1. Устройство для предохранения трансмис25 сии от перегрузок, например привода экскаватора, содержащее датчик, удерживаемый от проворота отрегулированной на определенной крутящий момент рабочей пружиной и связанным с ним пружинно-рычажным механиз30 мом, под действием которого происходит от220693
Составитель И черныи1бва редактор В. Н. Торопова Техред P. М. Новикова Корректор Л. В. Наделяева
Заказ 2607717 Тираж 530 Подписное
ЦИИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР
Москва, Центр, пр. Серова, д. 4
Типография, пр. Сапунова, 2 ключение привода, отличающееся тем, что. с целью упрощения конструкции, в качестве датчика используется редуктор, который для этой цели установлен на раме на подшипниках и подпружинен, а с приводным валом связан карданным сочленением.
Сцепление (главный фрикцион) служит для кратковременного отъединения трансмиссии от двигателя перед включением передач, их плавного соединения после включения передач, а также для предохранения трансмиссии от динамических перегрузок, возникающих при движении транспортной машины.
По принципу действия сцепления подразделяют на фрикционные, гидравлические (гидромуфты) и электромагнитные (порошковые). В зависимости от формы и конструкции трущихся деталей фрикционные сцепления могут быть дисковыми, специальными (колодочные, ленточные) и конусными.
По условиям работы поверхностей трения дисковые сцепления (главные фрикционы) делятся на сухие и работающие в масле.
В зависимости от материала поверхностей трения различают следующие сцепления (главные фрикционы):
- сталь по фрикционному материалу
- сталь по стали
- чугун по oстали
- чугун по фрикционному материалу
По способу создания силы, сжимающей диски, выделяют следующие сцепления:
- пружинные (с несколькими периферийными или одной центральной пружиной)
- полуцентробежные
- центробежные
- электромагнитные
В зависимости от типа механизма выключения различают сцепления (главные фрикционы) с рычажным и шариковым механизмами.
По типа привода выключения сцепления (главные фрикционы) бывают с механическим, гидравлическим, пневматическим, гидропневматическим и электромагнитным приводами.
Сцепление обычно устанавливается у маховика двигателя и представляет собой фрикционную муфту, через которую с помощью сил трения вращающий момент от двигателя передается к коробке передач и далее к ведущим колесам.
На изучаемых транспортных машинах применяются, как правило, фрикционные дисковые сухие, постоянно замкнутые сцепления (главные фрикционы у гусеничных машин) с периферийным расположением нажимных пружин и механическим приводом управления. В зависимости от числа ведомых дисков сцепления подразделяются на одно-, двух- и многодисковые.
Сцепление состоит из ведущей и ведомой частей, нажимного механизма и механизма выключения. Детали ведущей части сцепления воспринимают от маховика вращающий момент двигателя, а детали ведомой части сцепления передают этот момент ведущему валу коробки передач.
Ведущая часть сцепления включает в себя маховик 3, установленный на коленчатом валу двигателя, кожух 1 и нажимной диск 2. Маховик имеет обработанную торцевую поверхность, и к нему прикрепляется болтами кожух, соединенный с нажимным диском упругими стальными пластинами 5, что обеспечивает передачу вращающего момента от кожуха на нажимной диск, позволяя последнему перемещаться в осевом направлении при включении и выключении сцепления.
Рис. Схема однодискового сцепления с приводом выключения:
1 - кожух; 2 - нажимной диск; 3 - маховик; 4 - ведомый диск; 5 - упругая пластина; 6 - нажимная пружина; 7 - ведущий вал; 8 - рычаг; 9 - выжимной подшипник; 10, 13 - оттяжные пружины; 11 - вилка; 12 - педаль; 14 - тяга
К ведомой части относится тонкий ведомый диск 4 с прикрепленными к нему фрикционными накладками и ступицей, установленной на шлицах на вал 7, являющийся ведущим валом коробки передач. Нажимной механизм состоит из нажимных пружин 6, сила упругости которых обеспечивает включение сцепления. Механизм выключения состоит из выключающих рычагов 8, муфты выключения с выжимным подшипником 9 и вилки 11, предназначенной для перемещения муфты выключения. К приводу выключения сцепления относят тягу 14 и рычаг 8 с педалью 12 и пружиной 13. Если педаль отпущена, то сцепление включено, так как ведомый диск зажат между маховиком и нажимным диском усилием нажимных пружин, расположенных между нажимным диском и кожухом сцепления. Вращающий момент с помощью сил трения передается от ведущей части на ведомую.
Включение сцепления осуществляется плавным отпусканием педали - нажимной диск перемещается в сторону маховика и прижимает к нему ведомый диск. Пока сила, прижимающая диск к маховику, мала, сила трения между поверхностями ведущих и ведомых частей также мала, и ведомый диск будет вращаться с меньшим числом оборотов, чем маховик. Чем больше сила, прижимающая диск к маховику, тем больше сила трения, а следовательно, и вращающий момент, передаваемый от маховика на вал 7. При полностью отпущенной педали сила трения возрастает настолько, что ведущие и ведомые части вращаются как одно целое, и через сцепление может быть передан полный вращающий момент двигателя. Сцепления рассчитываются на передачу вращающего момента, который в 1,5 - 3 раза больше максимального вращающего момента двигателя, что необходимо для предотвращения буксования сцепления во включенном состоянии при резком изменении усилий на ведущих колесах, торможении, попадании смазки или воды на поверхности трения дисков сцепления.
При нажатии на педаль 12 сцепление выключается, так как муфта выключения, перемещаясь в осевом направлении к маховику, упорным подшипником нажимает на выключающие рычаги и поворачивает их относительно осей, закрепленных в кожухе, а наружные концы выключающих рычагов отодвигают нажимной диск 2 от ведомого диска 4, освобождая его и обеспечивая зазор с каждой стороны ведомого диска примерно по 1 мм. Сила трения между поверхностями ведущих деталей и ведомого диска отсутствует, вследствие чего вращающий момент от маховика на ведомый диск, а следовательно, и к ведущим колесам передаваться не будет.
К сцеплениям предъявляется ряд требований, основными из которых являются плавность включения, чистота и легкость выключения, безотказность работы, малый момент инерции ведомых частей, хороший отвод теплоты и гашение крутильных колебаний. Перечисленные требования определяют рациональную конструкцию элементов сцепления.
«……………………………»
Кафедра «………………………………»
Курсовая работа
Иваново 2009
Министерство образования и науки РФ
Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«……………………………………………..»
Кафедра «………………………………………»
Расчётно-пояснительная записка
«Конструирование и расчет фрикционного сцепления автомобиля»
Выполнил: ………………
Принял: ….……………
Работа защищена
С оценкой «_________»
Дата «_____»__________2009
Иваново 2009
1. Назначение и требования к сцеплению
2. Анализ существующих конструкций сцепления
3. Предлагаемая конструкция
4. Расчет сцепления
4.1 Выбор основных параметров сцепления
4.2 Расчет сцепления на износ
4.3 Расчет деталей
4.3.1 Нажимной диск
4.3.2 Цилиндрическая нажимная пружина
4.4 Расчет вала сцепления
4.5 Ступица ведомого диска
4.6 Подшипник выключения сцепления
4.7 Расчет привода фрикционного сцепления
5. Техническое обслуживание спроектированной конструкции
Библиографический список
1. Назначение и требования к сцеплению
Сцепление представляет собой узел трансмиссии, передающий во включенном состоянии крутящий момент и имеющий устройство для кратковременного его выключения. Сцепление предназначено для плавного трогания автомобиля и кратковременного разъединения двигателя и трансмиссии при переключении передач и предотвращения воздействия на трансмиссию больших динамических нагрузок, возникающих на переходных режимах.
С учетом назначения, места в схеме передачи энергии трансмиссией автомобиля, к сцеплению предъявляются следующие специфические требования:
1.Надежная передача крутящего момента от двигателя к коробке передач. Обеспечивается необходимым запасом момента сцепления (момента трения) на всех режимах работы двигателя, сохранением нажимного усилия в необходимых пределах в процессе эксплуатации.
2.Полнота включения, т. е. отсутствие пробуксовывания ведущих и ведомых деталей сцепления, обеспечивающая надежную передачу крутящего момента двигателя. Достигается в эксплуатации наличием зазора в механизме выключения и недопущением попадания смазочного материала на трущиеся поверхности.
3.Полнота («чистота») выключения, обеспечивающая полное разъединение двигателя и трансмиссии. Достигается заданной величиной рабочего хода подшипника выключения и соответственно рабочим ходом педали сцепления.
4.Плавное включение, обеспечивающее заданную интенсивность трогания с места автомобиля или после включения передачи. Достигается конструкцией сцепления, его привода и темпом отпускания педали водителем.
5.Предохранение трансмиссии и двигателя от перегрузок и динамических нагрузок. Достигается оптимальной величиной запаса момента сцепления, установкой в нем гасителя крутильных колебаний, специальными мероприятиями в конструкции ведомых дисков.
6.Малый момент инерции ведомых деталей сцепления, снижающий ударные нагрузки на зубья колес при переключении передач.
7.0беспечение нормально теплового режима работы и высокой износостойкости за счет интенсивного отвода тепла от поверхностей трения.
8.Хорошая уравновешенность с целью исключения «биений» и соответственно динамических нагрузок при работе сцепления.
9.Легкость и удобство управления, возможность автоматизации процессов включения и выключения.
К сцеплениям предъявляют и общие конструкционные требования, такие как: простота устройства, малая трудоемкость и удобство технического обслуживания; минимальные размеры и масса; технологичность и низкая стоимость производства; ремонтопригодность; низкий уровень шума.
2. Анализ существующих конструкций сцепления
В современном автомотостроении применяются фрикционные, гидравлические и электромагнитные типы сцепления.
Фрикционные сцепления бывают: полуцентробежные, с созданием нажимного усилия пружинами, с автоматической регулировкой нажимного усилия, с созданием нажимного усилия электромагнитными силами (Рис. 1)
Фрикционные сцепления получили основное распространение.
Данный тип сцеплений неприхотлив в эксплуатации, конструктивно прост, имеет малые трудовые затраты в изготовлении и эксплуатации. Конструкция данного типа сцепления обеспечивает выполнение всех требований, предъявляемых к автомобильным транспортным средствам. Передача крутящего момента осуществляется за счет сил трения нажимным, фрикционным и опорным дисками. Обеспечение величины силы трения осуществляется нажимными пружинами. Сцепление оборудовано узлами гашения крутящих колебаний. Выключение и плавное включение сцепления осуществляется системой рычагов и упорным подшипником.
Рис 1. Фрикционное сцепление с созданием нажимного усилия электромагнитными силами: 1 – кожух; 2 – нажимной диск; 3 – якорь электромагнита; 4 – диск; 5 – контактные кольца; 6 – муфта блокировки сцепления; 7 – щетки; 8 – электромагнит; 9 – пружины.
Гидравлическое сцепление (Рис. 2) в основе нашло применение в транспортной технике, работающей в трудных дорожных условиях, где требуется мягкая передача крутящего момента от двигателя к трансмиссии. Конструктивно данное сцепление сложное, критично к эксплуатационному обслуживанию, требуется постоянный контроль за состоянием деталей сцепления и рабочей гидрожидкости. Конструкция сцепления представляет собой гидронасос и турбину. Передача крутящего момента и плавность работы происходит за счет движения рабочей жидкости между насосом и турбиной. Выключение сцепления производится за счет удаления рабочей жидкости из сцепления.
Рис 2. Гидромуфта: 1 – насосное колесо; 2 – турбинное колесо; 3 – клапаны опорожнения; 4 – клапаны заполнения; 5 – радиатор; 6 – предохранительный клапан; 7 – бак; 8 – насос питания.
Электромагнитное сцепление (Рис. 3) предназначено для применения в автоматических системах трансмиссии. Конструктивно данный тип сцеплений представляет собой электромагнит с ферромагнитным рабочим веществом. Включение сцепления производится подачей в катушки электромагнита рабочего напряжения. Основной недостаток данного типа сцепления заключается в том, что катушка сцепления во все время работы находится под напряжением, что сокращает срок эксплуатации, жесткое включение сцепления. Данный тип сцепления применяется в ограниченных видах транспортной техники.
Рис 3. Электромагнитное порошковое сцепление
1 – маховик; 2,3,6,7 – магнитопровод; 4 – обмотка возбуждения; 5 – вывод; 8 – диски из немагнитного материала.
3. Предлагаемая конструкция
Выбор конструктивной схемы включения принятие решений по следующим вопросам: тип сцепления и привода, число ведомых дисков, тип и число нажимных пружин, размеры фрикционных накладок, значение коэффициента запаса сцепления.
В современных автомобилях наибольшее распространение получили сухие фрикционные одно- и духдисковые сцепления с неавтоматическим механическим приводом. Другие типы сцепления применяются, в основном, на специальных автомобилях. Механический привод применяется при размещении педали сцепления вблизи от сцепления. Гидравлический привод имеет более высокий КПД, обеспечивающий лучшую герметичность кабины (кузова), позволяет использовать подвесную педаль и проще по конструкции при значительном удалении педали от сцепления и опрокидывающейся кабине.
На основании вышеизложенного, а также достаточно высокого КПД соответствия всем требованиям к сцеплению выбираю на проектируемый автомобиль сухое фрикционное однодисковое сцепление с гидравлическим приводом.
Диафрагменные (тарельчатые) пружины получили широкое применение в сцеплениях легковых и изготовленных на их шасси грузовых автомобилях. Обычно применяют пружину, хотя известны конструкции с двумя пружинами (грузовые автомобили). На грузовых автомобилях, как правило, используются сцепления с периферийным расположением цилиндрических витых пружин, например сцепление автомобиля ГАЗ-53.
На основании вышеизложенного выбираю для проектируемого сцепления 9 цилиндрических витых пружин с их периферийным расположением.
Отечественные легковые и грузовые автомобили грузоподъемностью до 5т имеют однодисковые сцепления. Автомобили грузоподъемностью более 7т (МАЗ-500А, КАМАЗ, ЗИЛ-133Г), а также автомобили повышенной проходимости (УРАЛ-375, МАЗ-509) имеют двухдисковое сцепление. Следовательно, для проектируемого автомобиля выбираю однодисковую конструкцию сцепления.
Значение коэффициента выбирают в зависимости от типа автомобиля: для легковых автомобилей 1.3-1.75; грузовых одиночных 1.6-2.2.; грузовых работающих с прицепом 2.0-2.5; автомобилей повышенной проходимости, работающих с прицепом 2.5-3.0. Большие значения принимаются для сцеплений, работающих в тяжелых условиях (автобусы городского типа, автомобили-самосвалы, автомобили повышенной проходимости, автомобили с малой удельной мощностью).
Для проектируемого сцепления выбираю b = 1.8.
4. Расчет сцепления
4.1 Выбор основных параметров сцепления
С учетом данных ОСТ 37.001.463-87 по максимальному моменту двигателя M e max = 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×с 2 ;
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 a определяют по формуле
где i k и i 0 – передаточные числа коробки перемены передач и главной передачи, по заданию i k = 3,1 и i 0 = 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 Р 1 – 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 Р 2 . 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 Р 2 , 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 Р 1)
4.4 Расчет вала сцепления
Вал сцепления рассчитывают на кручение по максимальному крутящему моменту двигателя M e max . 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
где a - коэффициент точности прилегания шлицев, a = 0,75;
z – число шлицев;
F – расчетная площадь шлицев, м 2 ;
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
где Р – эквивалентная динамическая нагрузка, Н;
L – долговечность подшипника, млн. об.;
n- степень для шариковых подшипников, n = 3
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
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;
n – обороты подшипника при выключении сцепления, n = 1000 мин -1 ;
V ср – средняя скорость автомобиля, V ср = 35 км/ч
4.7 Расчет привода фрикционного сцепления
Передаточное число гидравлического привода выключения сцепления
где - передаточное число педали, в существующих конструкциях;
Передаточное число вилки;
Передаточное число рычага выключения;
Соотношение диаметров поршней
Полный ход педали сцепления
Определяем максимальное усилие на педаль сцепления
где h пр – КПД привода, h пр = 0,9
5. Техническое обслуживание спроектированной конструкции
Техническое обслуживание спроектированного сцепления заключается в регулировке его привода, своевременной подтяжке болтовых соединений, смазывании вала вилки выключение сцепления и вала педали, очистке деталей от грязи.
Нужно тщательно следить за затяжкой болтов крепления картера сцепления к блоку цилиндров. Момент затяжки болтов должен быть 80...100 Н×м. Болты нужно затягивать равномерно крест-накрест. Сцепление не должно пробуксовывать при включенном положении, а при нажатии на педаль должно полностью выключаться. Свободный ход педали должен составлять 30...45 мм, полный ход – 150-180 мм.
По мере износа фрикционных накладок уменьшается свободный ход педали, в результате чего сцепление может пробуксовывать. Это приводит к быстрому износу ведомого диска, износу подшипника выключения сцепления. В случае чрезмерного свободного хода (свыше 45мм) при нажатии на педаль не происходит полного выключения сцепления. Это ведет к повышенному износу ведомого диска и затрудняет переключение передач (повышается износ синхронизаторов в коробке передач).
Библиографический список
1. ГОСТ 2.105-95. Общие требования к текстовым документам, - Минск, Международный совет по стандартизации, метрологии и сертификации, 1996.-19 с.
2. Единая система конструкторской документации. Общие правила выполнения чертежей М.: Изд-во стандартов, 1991.-158 с.
3. Конструирование и расчет фрикционного сцепления автомобиля, Методическое указание к выполнению курсового проекта по дисциплине «Автомобили». Иваново-2006 г.
4. Сцепление транспортных и тяговых машин. Под редакцией Ф.Г. Геккера, В. М. Шарипова, Г. М. Щеренкова. Машиностроение 1989.-340 с.
Все, что связывает двигатель с ведущими колесами, составляет трансмиссию автомобиля . Трансмиссия в автомобиле выполняет, как правило, следующие функции:
передает крутящий момент от двигателя к ведущим колесам;
изменяет величину и направление крутящего момента;
перераспределяет крутящий момент между ведущими колесами.
механическая трансмиссия (передает и преобразует механическую энергию );
электрическая трансмиссия (преобразует механическую энергию в электрическую и после передачи к ведущим колесам – электрическую в механическую энергию );
гидрообъемная трансмиссия (преобразует механическую энергию в энергию потока жидкости и после передачи к ведущим колесам – энергию потока жидкости в механическую энергию );
комбинированная трансмиссия (электромеханическая, гидромеханическая – т.н. «гибриды» ).
В конструкции трансмиссии в качестве ведущих колес могут использоваться передние, задние, а также и передние, и задние колеса. Если в качестве ведущих колес используются задние колеса, автомобиль имеет задний привод , а если передние – передний привод . Привод на передние и задние колеса имеют полноприводные автомобили .
У автомобилей с разными типами привода конструкция трансмиссии имеет существенные различия, как по составу элементов, так и по их устройству.
Трансмиссия заднеприводного автомобиля имеет следующее устройство:
сцепление;
коробка передач;
карданная передача;
главная передача;
дифференциал;
полуоси.
Коробка передач служит для изменения крутящего момента, скорости и направления движения автомобиля, а также длительного разъединения двигателя от трансмиссии.
Карданная передача обеспечивает передачу крутящего момента от вторичного вала коробки передач на вал главной передачи, расположенных под углом друг к другу.
Главная передача служит для увеличения крутящего момента и передаче его на полуоси ведущих колес. На заднеприводных автомобилях применяется гипоидная главная передача (оси шестерен не пересекаются).
Дифференциал предназначен для распределения крутящего момента между ведущими колесами. Он позволяет полуосям вращаться с разными угловыми скоростями, что необходимо при повороте автомобиля.
Трансмиссия переднеприводного автомобиля имеет следующее устройство:
сцепление;
коробка передач;
главная передача;
дифференциал;
шарниры равных угловых скоростей;
приводные валы (полуоси).
Шарниры равных угловых скоростей (ШРУС) служат для передачи крутящего момента от дифференциала к ведущим колесам. В конструкции трансмиссии используется, как правило, два шарнира для соединения с дифференциалом (внутренние шарниры) и два шарнира для соединения с колесами (внешние шарниры).
Между шарнирами располагаются приводные валы .
Трансмиссии полноприводных автомобилей имеют различные конструкции. В совокупности они образуют системы полного привода . Различают следующие виды систем полного привода:
постоянный полный привод;
полный привод подключаемый автоматически;
полный привод подключаемый вручную.
эффективное использование мощности двигателя;
лучшая управляемость и курсовая устойчивость на скользком покрытии;
повышенная проходимость автомобиля.
Система постоянного полного привода
Система постоянного полного привода (другое наименование –система полного привода Full Time , в переводе «полное время») обеспечивает постоянную передачу крутящего момента на все колеса автомобиля.Система имеет следующее общее устройство:
сцепление;
коробка передач;
раздаточная коробка;
карданные передачи задней и передней оси;
главные передачи задней и передней оси;
мелколесные дифференциалы задней и передней оси;
полуоси колес.
Схема системы постоянного полного привода
Постоянный полный привод применяется как на автомобилях с заднеприводной компоновкой (продольное расположение двигателя и коробки передач), так и на автомобилях с переднеприводной компоновкой (поперечное расположение двигателя и коробки передач). Такие системы различаются в основном по конструкции раздаточной коробки и карданных передач.
Известными системами постоянного полного привода являются система Quattro от Audi , XDrive от BMW .
Сцепление обеспечивает кратковременное отсоединение двигателя от трансмиссии при переключении передач, а также предохранение элементов трансмиссии от перегрузок.
Коробка передач служит для изменения крутящего момента, скорости и направления движения автомобиля. В автоматической коробке передач функцию сцепления выполняет гидротрансформатор.
Раздаточная коробка предназначена для распределения крутящего момента по осям автомобиля и его увеличения при необходимости. Современная раздаточная коробка включает цепную передачу, обеспечивающую передачу крутящего момента на переднюю ось, понижающую передачу в виде планетарного редуктора (в отдельных конструкциях) и межосевой дифференциал.
Наличие межосевого дифференциала является отличительной особенностью раздаточной коробки системы постоянного полного привода. Для полной реализации полноприводных возможностей в конструкции системы предусматривается блокировка межосевого дифференциала .
Блокировка дифференциала может осуществляться автоматически или вручную. Современными конструкциями автоматической блокировки межосевого дифференциала является вискомуфта , самоблокирующийся дифференциал Torsen , многодисковая фрикционная муфта .
Ручная (принудительная) блокировка дифференциала производится водителем с помощью механического, пневматического, электрического или гидравлического привода.
На некоторых конструкциях раздаточной коробки предусмотрены функции как автоматической, так и ручной блокировки межосевого дифференциала.
Карданные передачи обеспечивают передачу крутящего момента от вторичных валов раздаточной коробки на валы главных передач.
Главная передача служит для увеличения крутящего момента и его передачи на полуоси колес.
Межколесный дифференциал обеспечивает распределение крутящего момента между ведущими колесами и позволяет полуосям вращаться с различными угловыми скоростями. В системах полного привода межколесный дифференциал применяется на передней и задней оси.
Для реализации полноприводных возможностей один или оба дифференциала имеют возможность блокировки. Блокировка межколесного дифференциала может осуществляться вручную или автоматически (вискомуфта, дифференциал Torsen). На современных автомобилях применяется электронная блокировка дифференциала.
Принцип работы системы постоянного полного привода заключается в следующем. Крутящий момент от двигателя передается на коробку передач и далее на раздаточную коробку. В раздаточной коробке момент распределяется по осям. При необходимости водителем может быть включена понижающая передача. Далее крутящий момент через карданные валы передается на главную передачу и межосевой дифференциал каждой из осей. От дифференциала крутящий момент через полуоси передается на ведущие колеса. При проскальзывании колес одной из осей автоматически или принудительно производится блокировка межосевого и межколесного дифференциалов.
Система полного привода подключаемого автоматически
Система полного привода подключаемого автоматически (другое наименование – система полного привода On demand , в переводе «по требованию») является перспективным направлением развития полного привода легковых автомобилей. Данная система обеспечивает подключение колес одной из осей в случае проскальзывания колес другой оси. В обычных условиях эксплуатации автомобиль является передне- или заднеприводным.Практически все ведущие автопроизводители имеют в своем модельном ряду автомобили с автоматически подключаемым полным приводом. Известными системами полного привода подключаемого автоматически являются 4Motion от Volkswagen , 4Matic от Mercedes .
Система полного привода подключаемого автоматически имеет следующее общее устройство:
сцепление;
коробка передач;
главная передача передней оси;
межколесный дифференциал передней оси;
раздаточная коробка;
карданная передача;
муфта подключения задней оси;
главная передача задней оси;
межколесный дифференциал задней оси;
полуоси.
Схема системы полного привода подключаемого автоматически
Раздаточная коробка в системе автоматически подключаемого полного привода представляет собой, как правило, конический редуктор. Понижающая передача и межосевой дифференциал отсутствуют.
В качестве муфты подключения задней оси используются следующие устройства:
вискомуфта;
электронноуправляемая фрикционная муфта.
Принцип работы системы полного привода подключаемого автоматически , оборудованного фрикционной муфтой, заключается в следующем. Крутящий момент от двигателя, через сцепление, коробку передач, главную передачу и дифференциал передается на переднюю ось автомобиля. Крутящий момент через раздаточную коробку и карданные валы также передается на фрикционную муфту. В нормальном положении фрикционная муфта имеет минимальное сжатие, при котором на заднюю ось передается до 10% крутящего момента. При проскальзывании колес передней оси по команде электронного блока управления срабатывает фрикционная муфта и передает крутящий момент на заднюю ось. Величина передаваемого на заднюю ось крутящего момента может изменяться в определенных пределах.
Система полного привода подключаемого вручную
Система полного привода подключаемого вручную (другое наименование - система полного привода Part Time , в переводе «частичное время») в настоящее время практически не применяется, т.к. является низкоэффективной. Вместе с тем, именно эта система обеспечивает жесткую связь передней и задней оси, передачу крутящего момента в соотношении 50:50 и поэтому является по-настоящему внедорожной.Устройство системы полного привода подключаемого вручную в целом аналогично системе постоянного полного привода. Основные отличия – отсутствие межосевого дифференциала и возможность подключения переднего моста в раздаточной коробке. Необходимо отметить, что в ряде конструкций постоянного полного привода используется функция отключения переднего моста. Правда в данном случае отключение и подключение это не одно и то же.
