Для чего нужны демпферные пружины
В чем разница количество пружин в диске сцепления
Как работает сцепление, каковы его типичные неисправности, и как их избежать
Важным элементом механической трансмиссии является сцепление, которое служит для кратковременного отсоединения двигателя от трансмиссии. Кроме того, сцепление является своеобразным демпфером, защищающим двигатель от перегрузок. Как оно работает, и как продлить его жизнь?
Как работает сцепление?
В большинстве легковых автомобилей с механической коробкой передач используется сухое однодисковое сцепление. Его конструкция довольно проста: это два взаимно прилегающих диска – ведущий (корзина) и ведомый, выжимной подшипник и система привода. В однодисковом варианте первичный вал коробки передач входит в шлицевую муфту в центре ведомого диска, а поверхности маховика двигателя, накладок ведомого диска и нажимного диска корзины плотно прилегают друг к другу. За счет этого и обеспечивается передача потока мощности от двигателя к коробке передач, причем исправное сцепление спокойно «переваривает» всю мощность, развиваемую двигателем.
В обиходе ведущий диск сцепления, включающий в себя нажимной диск (с гладкой блестящей поверхностью), диафрагменную пружину (лепестки в центре) и кожух, называют корзиной
При нажатии на педаль сцепления выжимной подшипник воздействует на пластинчатые пружины корзины, из-за чего поверхности ведомого и ведущего дисков рассоединяются. Соответственно, происходит отключение первичного вала от маховика – то есть, физическое рассоединение двигателя и коробки передач, что позволяет переключить передачу или включить «нейтралку». При включении сцепления (отпускании педали) выжимной подшипник перестает давить на пластинчые пружины, и диски снова смыкаются, а демпферные пружины в центральной части ведомого диска гасят крутильные колебания, возникающие в движении.
Хорошо видны четыре демпферные пружины ведомого диска сцепления, а также изношенные фрикционные накладки
При нормальной работе сцепления оно не привлекает к себе внимания. Но при его неисправности водитель, к примеру, не сможет включить передачу или тронуться с места. Какие же возможны проблемы?
Какие неисправности могут возникнуть при работе сцепления?
Итак, с какими же проблемами в работе сцепления можно столкнуться на практике? Во-первых, это неполное выключение сцепления — как говорят опытные водители, оно «ведёт». При нажатии педали поверхности маховика и ведомого и ведущего дисков в таком случае не размыкаются полностью, и попытки переключить передачу сопровождаются хрустом и скрежетом кареток сихронизаторов, ведь полного разъединения коробки передач и мотора не происходит.
Обратная неприятность – пробуксовка сцепления: то есть, его неполное включение. При этом поверхности маховика, ведомого диска и ведущего диска, наоборот, неплотно прилегают друг к другу и проскальзывают, из-за чего может возникнуть характерный запах горелых фрикционных накладок ведомого диска, а попытка резко набрать скорость приводит лишь к увеличению оборотов коленчатого вала. От двигателя на колёса при этом передается лишь небольшая часть мощности – до тех пор, пока износ поверхностей не становится критическим.
Если сцепление «буксует», вместо автомобиля «разгоняется» только стрелка тахометра
Наконец, возможны и такие неисправности, как возникновение вибраций и посторонних призвуков при включении-выключении сцепления.
Из-за чего возникают неисправности сцепления?
Обычно каждая возникшая проблема со сцеплением имеет свою предысторию. К примеру, сцепление может начать буксовать из-за сильного износа на больших пробегах автомобиля, когда фрикционные накладки ведомого диска износились, а рабочие поверхности корзины и маховика имеют выработку.
Во-вторых, сцепление можно просто «сжечь» — например, по неопытности или после длительных перегрузок. Такое, к примеру, бывает у любителей длительных выездов «враскачку» на бездорожье или в глубоком снегу, а также у поклонников резких стартов с педалью газа в пол.
Шесть источников и три составные части сцепления
ШЕСТЬ ИСТОЧНИКОВ И ТРИ СОСТАВНЫЕ ЧАСТИ СЦЕПЛЕНИЯ
ПРОВЕРЯЕМ КОМПЛЕКТЫ СЦЕПЛЕНИЯ НА «САМАРУ»
ТЕКСТ / ДМИТРИЙ ЕРЫГИН, МИХАИЛ КОЛОДОЧКИН
Тому, кто решил самостоятельно заменить сцепление, как-то неудобно давать «умные» советы. Новичку за эту работу «без присмотра» браться, наверное, не стоит, а «бывалые» обычно имеют о ней сложившееся представление. Вот только выбрать на прилавке подходящее изделие довольно сложно — даже наличие известного брэнда не всегда гарантирует должное качество. Запас «старых» знаний тоже может подвести — жизнь не стоит на месте. Поэтому предлагаем всем желающим ознакомиться с результатами исследований, проведенных по нашей просьбе в специализированной лаборатории НАМИ.
Проверялись шесть комплектов сцепления на «Самару», приобретенных в розничной торговле. Чтобы скупым протокольным данным на страницах журнала не было одиноко, мы решили сопроводить их комментариями специалистов, а также мнениями бывалых практиков по выбору того или иного изделия, приемам монтажа на автомобиль и т.п.
Для начала напомним, что основных деталей сцепления три: выжимной подшипник, корзина (она же — нажимной диск) и ведомый диск — только и всего. Как обычно, «визитные карточки» изделий приведены под соответствующими фото — оценки же расставим чуть позже.
Что проверить у сцепления кроме упаковки и внешнего вида? Каждый комплект взвесили — подетально и «на брудершафт». Затем оценили ряд геометрических параметров, измерили максимальный передаваемый крутящий момент, определили дисбаланс нажимного и ведомого дисков. Кроме того, замерили усилие выжима каждого сцепления, сравнили торцевые биения поверхностей трения ведомых дисков и т.п. Полученные результаты сопоставили с положениями «талмуда» — РД 37.001.664 — 95 «Сцепления фрикционные сухие автомобилей. Общие технические требования и методы испытаний», а также комплекта КД на сцепления автомобилей ВАЗ. Наиболее важные и интересные результаты приведены в таблице.
Масса комплектов одинаковых на первый взгляд сцеплений отличается более чем на полкило. Самым легким оказался «ЛуК», а в тяжеловесы попал «ВАЗинтерсервис». Конечно, масса комплектов оказывает влияние на крутильные колебания в трансмиссии, но будем считать, что разброс «по граммам» в нашем случае не столь велик, чтобы заметно изменить форму колебаний. В общем, масса скорее характеризует совершенство конструкции сцепления, чем их прямые достоинства или недостатки.
С передачей крутящего момента все сцепления справились, но разброс опять получился внушительный — от 150 до 190 Н.м, причем самым «слабым» оказался вазовский образец. А вот измерения дисбаланса напомнили допинг-контроль на Олимпиаде. Действительно, статический дисбаланс оказался таким, что с «дистанции» сняли всех, кроме «ЛуКа»! И если «Сакс» и «ВАЗинтерсервис» еще могли взывать к милости экспертов (подумаешь, какие-то 10%), то остальным оставалось только краснеть за собственную неполноценность. Особенно удивил «англичанин», превысивший норму аж в пять раз!
С динамическим дисбалансом было иначе. Прекрасные результаты показали «Сакс» и «ЛуК», уложившиеся в требования с большим запасом. А хуже других выглядел опять «Квинтон Хэзл».
Усилие выжима сцепления — это просто: педаль либо тяжелая, либо легкая. Однако и здесь акценты не изменились — чистая победа «ЛуКа» и последнее место «англичанина»: только он не уместился в рамках вазовских требований. Остальные выглядели вполне достойно: лишь «ВАЗинтерсервис» опять не добрал до нормы нескольких процентов.
Нажимной диск во всех комплектах перемещался в пределах дозволенного. Относительно большая величина перемещения у «англичанина» частично объясняет большое усилие выжима, отмеченное строчкой выше. Что касается расстояния от концов лепестков до поверхности трения, то это — геометрическая характеристика узла в сборе, нормируемая для конкретной модели автомобиля. При увеличении этого параметра выше нормы снижается срок службы ведомого диска. Торцевое биение в комментариях не нуждается — чем оно ниже, тем лучше.
С официальными результатами разобрались. Пора сделать небольшой перерыв и выслушать мнение «бывалых».
Чтобы обеспечить оптимальный срок службы сцепления, следует заменять все три «составляющие» одновременно (выжимной подшипник, корзину и ведомый диск).
Количество демпферных пружин в ведомом диске особой роли не играет. Они имеют попарно равную жесткость, подбираемую заводом-изготовителем. У сцеплений с шестью пружинами результирующая угловая жесткость изменяется по более сложному закону, нежели у «четырехпружинных» изделий.
Число лепестков у диафрагменной пружины корзины также не служит критерием качества, хотя можно считать, что точность работы сцепления все же повышается с ростом их числа.
Выбор конкретного производителя во многом определяется личными предпочтениями. Обычно не возникает проблем с «ЛуКом» и «Саксом». С «Квинтоном» педаль становится тугой, но к концу хода она «легчает» — такая вот кинематика.
В процессе замены сцепления необходимо затягивать крепежные болты постепенно и через один, чтобы предотвратить коробление кожуха корзины. Перед затяжкой болтов корзины оправку, используемую для центровки ведомого диска, надо немного пошевелить вверх-вниз и вправо-влево для более точной центровки ведомого диска. С приобретением оправки проблем нет — она одинаковая и на «классику», и на «Самару».
На части ведомых дисков сторона, прилегающая к маховику, может иметь надпись «сторона маховика» (flywheel side или короче — fly wheel). Если надписей нет, необходимо посмотреть на ведомый диск сбоку. Та сторона, с которой демпферные пружины меньше выступают от уровня фрикционных накладок, и является стороной маховика. При неверной установке демпферные пружины будут цеплять за болты маховика если не сразу, то довольно скоро.
В процессе замены никогда не допускайте, чтобы коробка «повисала» на первичном валу: это может привести к деформации ведомого диска и вызвать заедание сцепления или его поломку. Перед установкой необходимо проверить состояние троса сцепления, чтобы он легко ходил и не имел разрывов пластиковой оболочки.
После установки сцепления отрегулируйте трос. Педали сцепления и тормоза должны располагаться на одном уровне. Не забудьте несколько раз нажать на педаль сцепления и проверить, не нарушится ли регулировка.
Протоколы подписаны, опломбированы и убраны в сейф. Постараемся все кратко подытожить. Из купленных нами изделий лучшими оказались «ЛуК» и «Сакс». А вот «Квинтон Хэзл» все время изображал из себя «Мальчиша-Плохиша». Если каждый лишний рубль имеет принципиальное значение, то лучше выбрать «ВАЗинтерсервис». Впрочем, кто мешает читателю думать иначе?
Фирма / LuK (Lamellen und Kupplungsbau)
Страна-изготовитель / Не указана
Маркировка: подшипник — SKF VKS 2535; диск ведомый — 319 0114 10 LuK 0301; диск нажимной — 118 86100 10А (на диафрагме) 89700 6К13 119009 110 (на корпусе). Знак одобрения МТ14. На ведомом диске есть маркировка для правильной ориентации при установке. Диафрагменная пружина корзины имеет 18 лепестков. У ведомого диска четыре демпферные пружины. Эмблема LuK нанесена повсюду — даже на заклепках. Пластина крепления накладок общая — кольцевая.
Страна-изготовитель / См. ниже
Маркировка: подшипник — SKF VKS 2535 (SACHS 3151811002) Made in France; диск ведомый — Made in Slovakia; диск нажимной — Made in Germany TYP MF 190 07 3082 12344. Знака одобрения нет. Диафрагменная пружина с 18 лепестками. На стороне ведомого диска, обращенного к маховику, отметка FLY WHEEL. Сам диск имеет шесть демпферных пружин. Пластина крепления накладок общая.
Фирма / ЗАО «ВАЗИНТЕРСЕРВИС»
Страна-изготовитель / Россия, Тольятти
Маркировка: подшипник — VBF; диск ведомый; диск нажимной. Знак одобрения АЯ70. Диафрагменная пружина имеет 12 лепестков. Пластина крепления накладок цельная. Ведомый диск — с шестью пружинами. Маркировка присутствует только на упаковках: у корзины — 2109–1601085, у ведомого диска — 2109–1601130. Отметка для ориентации ведомого диска отсутствует.
Маркировка: подшипник — VBF 520806; диск ведомый — 2109–1601130; диск нажимной. Знак одобрения МТ14. Диафрагменная пружина с 12 лепестками. Пластины для крепления накладок раздельные. Шесть демпферных пружин.
Продавцы называют изделие «тюменским», однако завод утверждает, что он делает только нажимные диски.
Маркировка: подшипник — безымянный; диск ведомый — BORG&BECK Т22F; диск нажимной — NE 7125 T15F. Знака одобрения нет. Диафрагменная пружина с 18 лепестками. Пластина крепления накладок общая. Сторона монтажа ведомого диска не указана. Шесть пружин. Есть инструкция на русском языке.
Маркировка: подшипник — SN-930; диск ведомый — 127–3 1169 0401; диск нажимной — QY93284 KC2630 Made in GB. Знака одобрения нет. Диафрагменная пружина с 18 лепестками. Пластина крепления накладок общая. Имеется тюбик со смазкой для шлицов первичного вала. Ведомый диск с шестью демпферными пружинами. Инструкция на всех основных языках, кроме русского.
3- ведомый диск; 4 — маховик.
КОММЕНТАРИЙ СПЕЦИАЛИСТА К МЕТОДИКЕ ИЗМЕРЕНИЙ
Максимальный крутящий момент, передаваемый сцеплением легкового автомобиля, должен быть в пределах 1,2–1,75 от максимального крутящего момента двигателя. Для «Самары» это 127,2–185,5 Н.м, поскольку крутящий момент двигателя VAZ 21083 равен 106 Н.м.
Усилие выжима сцепления измеряют при перемещении концов лепестков нажимной пружины на 7,5 мм. Перемещение нажимного диска определяют при ходе выключения, равном 7,4–7,6 мм от положения, определяемого расстоянием 8,3+0,025 мм между нажимным диском и маховиком.
Расстояние от концов лепестков до поверхности трения маховика измеряют при удалении нажимного диска от маховика на 8,3+0,025 мм. Толщину ведомого диска по накладкам оценивают под нагрузкой сжатия, равной 3300 Н.
Расстояние между плоскостью маховика и тыльной поверхностью выжимного подшипника обозначают буквой f. Его замеряют на собранном комплекте сцепления. Согласно документации, этот размер должен составлять 49,74–52,06 мм, но допустимы и небольшие отклонения. Если f больше нормы, то сцепление может работать, пока хватит хода подшипника. При уменьшенном ниже допуска размере ничего страшного не произойдет — лишь увеличится запас по регулировке сцепления. Любопытно, что у иностранных фирм размер f заметно меньше нашей нормы — это позволяет уменьшить габаритные размеры и массу. Правда, к фирме Borg & Beck это не относится (размер f у них выше верхнего предела).
СРАВНИТЕЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЙ КОМПЛЕКТОВ СЦЕПЛЕНИЯ НА «САМАРУ»
Требования LuK SACHS «ВАЗинтер- „Безымян- Borg & Quinton
КД ВАЗ сервис» ный» Beck Hazell
Масса комплекта, г 4010 3500 3780 4030 3995 3895 3800
Нажимной диск 2940 2550 2940 3000 2915 2955 2800
Ведомый диск 820 795 690 810 860 800 770
Выжимной подшипник 250 155 150 220 220 140 230
нием, Н.м 127,2–185,5 164,0 180,0 150,0 156,0 180,0 190,0
Статический дисбаланс нажим-
ного диска в сборе, г.см 20,0 10,2 22,2 22,2 55,5 55,5 110,0
ведомого диска при частоте
вращения 1000 об/мин, г.см 15,0 6,0 2,0 18,0 14,0 13,0 22,0
не более, Н 1210 650 720 1220 730 820 1640
Перемещение нажимного диска,
не менее, мм 1,4 1,4 1,4 1,4 1,55 1,45 1,8
Расстояние от концов лепест-
ков до поверхности трения
маховика, мм 29–31 30,0 30,0 30,0 31,4 31,5 33,0
Толщина ведомого диска, мм 7,55–8,05 7,50 8,00 8,00 8,00 8,00 8,00
Торцевое биение поверхностей
не более, мм 0,5 0,4 0,4 0,5 0,85 1,0 0,92
Размер f, мм 49,74–52,06 43,50 43,00 52,00 53,40 52,50 50,50
Автомобильный справочник
для настоящих любителей техники
Ведомый диск сцепления
Как уже говорилось в предыдущих статьях, ведомый диск сцепления предназначен для передачи крутящего момента от маховика и ведущего диска сцепления на первичный вал коробки передач, а также для обеспечения плавного трогания автомобиля с места и быстрого переключения передач водителем. В от о том, из каких элементов состоит ведомый диск сцепления, мы и поговорим в этой статье.
Кроме этого, задача ведомого диска состоит в ограничении распространения на трансмиссию колебаний крутящего момента двигателя (крутильных колебаний). Недорогим и компактным решением этой проблемы является ведомый диск сцепления с демпфером крутильных колебаний (рис. 1 «Ведомый диск сцепления с демпфером крутильных колебаний и упругими лепестками крепления фрикционных накладок«). Он оснащен системой пружинных демпферов определенной жесткости с фрикционными элементами управления, позволяющей гарантировать надлежащее демпфирование крутильных колебаний в любом рабочем состоянии (рис. 2 «Функциональная схема и графическая характеристика демпфера крутильных колебаний«).
С помощью современных технологий моделирования можно достичь значительного ограничения распространения колебаний в области трансмиссии (рис. 3 «Диаграммы крутильных колебаний с демпфером крутильных колебаний и без него на холостом ходу«). Ограничение распространения колебаний способствует, среди прочего, снижению расхода топлива и уровня токсичности отработавших газов при работе двигателя на холостом ходу.
Кроме этого, оптимальная конструкция крепления фрикционных накладок обеспечивает плавную передачу на трансмиссию крутящего момента при трогании автомобиля с места, а также эргономичную передачу усилия с педали сцепления, что значительно улучшает плавность выключения и включения сцепления.
Фрикционные накладки
Основным свойством переключаемого фрикционного сцепления, как явствует из названия, является передача крутящего момента за счет фрикционного замыкания. Фрикционное замыкание создается с помощью фрикционных накладок, установленных с помощью заклепок и/ или клея на упругой основе ведомого диска сцепления, в связи с чем изготовлению накладок отводится особое место в технологии производства сцеплений.
Фрикционные накладки, в зависимости от условий эксплуатации, подвергаются растяжению, сдвигу и изгибу, поэтому должны обладать следующими свойствами:
Коэффициент трения фрикционных накладок и параметры износа зависят от таких факторов, как:
Фрикционные накладки сцепления должны обладать также дополнительными свойствами в зависимости от условий эксплуатации. Расположенные на ведомом диске накладки вращаются с высокой частотой. Возникающие при этом центробежные силы способны вызвать в накладках высокое внутреннее напряжение. Именно поэтому важным критерием при конструировании и выборе фрикционных накладок сцепления является их прочность на разрыв.
Прочность на разрыв, или прочность при повышенной частоте вращения, должна превышать на величину коэффициента надежности прочность накладок в обычных условиях эксплуатации. Она зависит от технологии производства, диаметра ведомого диска и величины возможных температурных воздействий. Фрикционные накладки должны до определенных пределов легко переносить пиковые температуры в сочетании с высокой частотой вращения ведомого диска сцепления, что возможно из-за ошибок водителя (например, неправильный выбор ступени при переключении на пониженную передачу).
Масса фрикционных накладок оказывает серьезное влияние на момент инерции масс ведомого диска сцепления и, тем самым, на легкость переключения ступеней в коробке передач и срок службы синхронизаторов. Поэтому при выборе фрикционных накладок этот критерий имеет особенное значение. В результате последних разработок были созданы фрикционные накладки с уменьшенной массой, которые можно узнать по выемкам на обратной стороне фрикционной поверхности. Необходимая прочность обеспечивается перемычками в местах расположения заклепок.
Канавки на поверхности фрикционных накладок служат для отведения пыли, образующейся при рабоче сцепления. Кроме этого, они способствуют оптимальному завихрению потока охлаждающего воздуха и предотвращают присасывание к сопряженным поверхностям трения на маховике и нажимном диске сцепления. Для той же цели служат полые заклепки крепления фрикционных накладок.
Фрикционные накладки из органических материалов
В настоящее время на автомобилях используются преимущественно фрикционные накладки ведомого диска сцепления, изготовленные из органических материалов (рис. 4 «Варианты исполнения фрикционных накладок сцепления«). Еще пару лет назад основным материалом для производства фрикционных накладок был длинноволокнистый асбест. Сегодня же используются исключительно безасбестные заменители, такие, как стекловолокно, минеральная вата, а также угольные и арамидные волокна. В качестве заполнителей и основы применяется множество материалов, по разному влияющих на свойства фрикционных накладок, а именно:
При производстве прессованных фрикционных накладок безасбестные заменители соединяются с заполнителем и смолами, тщательно перемешиваются, после чего полученная масса заливается в форму и затвердевает при нагреве под давлением. Полученные заготовки подвергаются механической обработке.
Преимуществом этой экономичной технологии является равномерное перемешивание волокнистых материалов и заполнителей, что гарантирует стабильность свойств фрикционных накладок.
При производстве тканых фрикционных накладок в качестве основы используются длинноволокнистые заменители, а также частично латунные, медные и оловянные волокна, которые сплетаются в нити. Из этих нитей, в свою очередь, плетется ткань с сетчатой или решетчатой структурой. Полученные заготовки также соединяются с заполнителем и спекаются в форме при нагреве под давлением.
Преимуществом тканых фрикционных накладок является высокая прочность при повышенной частоте вращения.
Навитые фрикционные накладки в прошлом производились преимущественно из асбеста. Асбестовые волокна сплетались с металлическими волокнами в нить, которая пропитывалась заполнителем и по спирали навивалась на диск.
Основными аргументами в пользу этой технологии была небольшая масса фрикционных накладок и высокая прочность при повышенной частоте вращения.
Коэффициент трения фрикционных накладок из органических материалов составляет от 0,26 до 0,30 при термостойкости до 300 °С.
Фрикционные накладки из неорганических материалов
В сцеплениях, испытывающих сильные термические нагрузки, используются преимущественно фрикционные накладки из неорганических порошковых материалов (рис. 4).
В зависимости от основного компонента различают накладки на основе бронзового или железного порошка. Коэффициент трения и свойства фрикционных накладок зависят от содержания в них углерода, оксида алюминия, кварцита, магнезита и муллита.
В процессе производства порошковый материал предварительно прессуется в форме и подвергается в печи диффузионному спеканию. На следующем этапе производится спекание под давлением и окончательное прессование. Полученные спеченные детали (рис. 4, внизу) закрепляются на держателе фрикционной накладки с помощью заклепок.
Для использования в среде крайне высоких температур подходят порошковые материалы с высоким содержанием керамических добавок. Однако из-за высокой хрупкости таких металлокерамических фрикционных накладок они должны быть установлены на специальных держателях.
Коэффициент трения фрикционных накладок из неорганических материалов составляет до 0,5, что, хотя и обеспечивает высокую эффективность передачи крутящего момента, вызывает сильный износ сопряженных поверхностей трения и внезапное зацепление при включении сцепления. Кроме этого, сравнительно высокая масса спеченных фрикционных накладок является причиной высокого момента инерции масс ведомого диска сцепления.
Благодаря своей высокой термостойкости спаянные фрикционные накладки могут без проблем выдерживать температуру до 600 °С.
Упругое крепление фрикционных накладок
Для крепления фрикционных накладок сцепления используются тонкие волнистые упругие сегменты, или лепестки, из листового металла. Эти сегменты образуют упругую основу ведомого диска, они изготавливаются путем штамповки из рессорной полосовой стали, имеют толщину от 1 до 2 мм и жестко соединяются с демпфером крутильных колебаний ведомого диска.
Упругая основа крепления фрикционной накладки обычного ведомого диска имеет ход от 0,8 до 1,2 мм и обладает четырьмя основными преимуществами по сравнению с жестким креплением:
В настоящее время используются четыре различных типа упругого крепления фрикционных накладок в зависимости от условий эксплуатации: упругое крепление с одинарными сегментами, упругое крепление с двойными сегментами, пластинчатое упругое крепление и упругое крепление с промежуточной плитой.
Упругое крепление с одинарными сегментами
Упругое крепление с одинарными сегментами представляет собой набор выпуклых лепестков, к которым в шахматном порядке приклепаны две фрикционные накладки. Лепестки, в свою очередь, соединены заклепками с демпфером крутильных колебаний ведомого диска сцепления.
При этом желательно, чтобы выпуклая сторона упругих лепестков (упругого крепления) была обращена в сторону нажимного диска сцепления. В этом случае уменьшается осевой ход ступицы ведомого диска на валу коробки передач при выключении и включении сцепления, что оказывает положительное влияние на степень износа деталей.
Ведомые диски, имеющие упругое крепление с одинарными сегментами (рис. 5 «Ведомый диск сцепления легкового автомобиля, на котором фрикционные накладки приклепаны к упругой основе с одинарными сегментами«), обладают небольшим маховым моментом, что положительно сказывается на включении передачи заднего хода (например, при парковке или маневрировании). Для полной остановки ведомого диска сцепления требуется немного времени, поэтому переключение передач происходит быстро.
Заклепочный шов между упругими сегментами с фрикционной накладкой и демпфером крутильных колебаний является «слабым местом» сцепления. Смещение вала коробки передач относительно коленчатого вала или неправильная посадка ступицы ведомого диска на первичный вал коробки передач могут стать причиной деформации и, как неизбежное следствие, поломки в этом месте.
Упругое крепление с двойными сегментами
При упругом креплении с двойными сегментами (рис. 6 «Ведомый диск сцепления легкового автомобиля, на котором фрикционные накладки приклепаны к упругой основе с двойными сегментами«) два ряда симметричных упругих лепестков расположены тыльной стороной друг к другу между фрикционными накладками. Они предварительно напряжены друг относительно друга, соединены в шахматном порядке с фрикционными накладками и позволяют в полной мере использовать имеющийся упругий ход лепестков.
По сравнению с упругим креплением с одинарными сегментами каждый двойной сегмент обеспечивает только половину упругого хода, поэтому такие ведомые диски отличаются меньшей осадкой и большим сроком службы.
Недостатками данного варианта упругого крепления является более высокий маховый момент и увеличенная стоимость изготовления.
Пластинчатое упругое крепление
Ведомые диски с пластинчатым упругим креплением (рис. 7 «Ведомый диск сцепления легкового автомобиля, имеющий пластинчатое упругое крепление фрикционных накладок«) используются там, где из- за ограниченного пространства невозможно использовать заклепочное соединение одинарных сегментов с демпфером крутильных колебаний.
Сплошной диск пластинчатого упругого крепления позволяет уменьшить конструктивную высоту ведомого диска сцепления.
Диск пластинчатого крепления, соединяемый заклепками с демпфером крутильных колебаний, имеет волнистую поверхность наружного края с прорезями. Принцип действия аналогичен упругому креплению с одинарными сегментами.
При высокой нагрузке относительно тонкий диск пластинчатого крепления может быть усилен вторым, дополнительным диском в области демпфера крутильных колебаний.
Упругое крепление с промежуточной опорой
В тяжелых транспортных средствах промышленного назначения с большим диаметром дисков сцепления часто используются ведомые диски, в которых используется упругое крепление фрикционных накладок с промежуточной опорой (рис. 8 «Ведомый диск сцепления грузового автомобиля, имеющий упругое крепление фрикционных накладок с промежуточной опорой«).
В данном случае фрикционная накладка со стороны маховика приклепана непосредственно к промежуточной опоре, представляющей собой жесткую шайбу большого диаметра. Со стороны нажимного диска сцепления к этой опоре приклепаны волнистые упругие лепестки (как в конструкции с одинарными сегментами), которые поддерживают вторую фрикционную накладку.
Хотя этот вариант и имеет недостаток в виде высокого махового момента, однако он гарантирует долгий срок службы сцепления при самых экстремальных нагрузках.
Демпфер крутильных колебаний
В отличие от электродвигателей или турбин, у двигателей внутреннего сгорания отдаваемый крутящий момент не является постоянной величиной, а характеризуется определенной степенью неравномерности. Постоянное изменение угловой скорости коленчатого вала вызывает колебания как следствие его ускорения или замедления. Без специальных мер эти колебания могли бы беспрепятственно передаваться через сцепление на первичный вал коробки передач и вызывать дребезжание из-за соприкосновения шестерен друге другом.
Подобные колебания вызывают, кроме всего прочего, появление посторонних шумов, однако их появление зависит не только от неравномерной работы двигателя. Возникновению и усилению нежелательных шумов способствует несоответствующее качество изготовления шестерен, коленчатого вала и его вкладышей, неправильно выбранная вязкость используемого трансмиссионного масла, количество находящихся в зацеплении шестерен, а также все более низкая инерционная масса и легкие конструкции современных автомобилей.
Для того, чтобы возникающие крутильные колебания не передавались беспрепятственно от двигателя на коробку передач, ведомый диск сцепления оснащен демпфером (или гасителем) крутильных колебаний (рис. 9 «Демпфер крутильных колебаний легкового автомобиля с отдельным предварительным демпфером«), включающим в себя поворотный и фрикционный механизмы.
Поворотный механизм состоит из основы ведомого диска и пластины демпфера, жестко соединенных заклепками, а также нескольких демпферных пружин, которые предназначены для передачи крутящего момента на ступицу ведомого диска, сжимаясь в зависимости от вели-чины передаваемого момента. Пружины расположены в окнах основы ведомого диска, пластины демпфера и фланца ступицы, что обеспечивает поворачивание последнего на угол до ±18° относительно основы ведомого диска. При этом демпферные пружины пребывают поочередно в состоянии сжатия и растяжения. За счет изменения величины зазора и упругости пружин достигаются различные характеристики демпфера крутильных колебаний. Использование нескольких пружин с различной упругостью позволяет обеспечить многоступенчатую или прогрессивную характеристики работы механизма.
Фрикционный механизм предотвращает раскачивание демпфера крутильных колебаний, которое возникает из-за осевого перекоса фланца ступицы между основой ведомого диска и пластиной демпфера.
Самый простой вариант, при котором сталь трется о сталь, не обеспечивает надлежащее фрикционное демпфирование и таит в себе опасность глубокой коррозии.
Фрикционные кольца, изготовленные из пластика или органического материала, позволяют достичь желаемых коэффициентов трения и соответствующих параметров износа. Небольшие тарельчатые пружины сжимают фрикционный механизм и обеспечивают постоянный коэффициент трения.
Двухступенчатый демпфер крутильных колебаний с простым фрикционным приспособлением
Двухступенчатый демпфер крутильных колебаний (рис. 10 «Двухступенчатый демпфер крутильных колебаний с металлическим фрикционным приспособлением«) оснащен простым фрикционным приспособлением. В данном варианте металл трется о металл, а тарельчатая пружина (2) обеспечивает постоянный коэффициент трения.
Фланец ступицы (8) располагается между основой ведомого диска (6) и пластиной демпфера (7) и поддерживается двумя пружинами основного демпфера первой (3) и второй ступени (4).
Максимальный угол поворота между фланцем ступицы и основой ведомого диска с пластиной демпфера составляет 18°. Перегрузка может вызвать соприкосновение с заклепкой (1).
Двухступенчатый демпфер крутильных колебаний с фрикционными кольцами
Двухступенчатый демпфер крутильных колебаний с отдельным предварительным демпфером
Следующим вариантом, более дорогим с точки зрения производства, является демпфер крутильных колебаний с отдельным предварительным демпфером.
На рисунке 12 «Двухступенчатый демпфер крутильных колебаний с отдельным предварительным демпфером и фрикционными кольцами» изображен трехступенчатый механизм, состоящий из двухступенчатого основного демпфера и отдельного двухступенчатого предварительного демпфера.
Пружины первой (11) и второй (12) ступеней предварительного демпфера отличаются очень низкой упругостью и работают в основном в режиме холостого хода. По достижении определенного угла поворота фланца (14) относительно кожуха (15) предварительного демпфера в работу включаются пружины (3 и 4) первой и второй ступеней основного демпфера.
Три фрикционных кольца (9) начинают работать при различных углах поворота подвижных деталей демпфера относительно друг друга. В данном случае постоянный коэффициент трения достигается за счет предварительного натяжения тарельчатых пружин.
Двухступенчатый демпфер крутильных колебаний со встроенным предварительным демпфером и переменным коэффициентом трения
В данном варианте предварительный демпфер встроен в демпфер крутильных колебаний, что позволяет уменьшить общую конструктивную высоту изделия (рис. 13 «Двухступенчатый демпфер крутильных колебаний со встроенным предварительным демпфером и переменным коэффициентом трения«).
Пружины предварительного демпфера (11) и (12) работают на первой и второй ступенях предварительного демпфирования. Пружины основного демпфера первой (3) и второй (4) ступеней обладают более высокой упругостью и включаются в работу только по достижении определенного угла поворота фланца предварительного демпфера.
Нагрузочный фрикционный диск работает в зависимости от угла поворота деталей механизма относительно друг друга и обеспечивает переменный коэффициент трения.
Ступицы и профили ступиц
Ступица ведомого диска сцепления (рис. 14 «Ступица ведомого диска сцепления с фланцем«) обеспечивает соединение ведомого диска с первичным валом коробки передач и, соответственно, передачу крутящего момента от двигателя на трансмиссию.
В качестве материала ступицы используется, как правило, более мягкая сталь, чем та, что идет на изготовление первичного вала коробки передач. Благодаря этому более дорогой первичный вал меньше изнашивается и поэтому крайне редко нуждается в замене по причине износа профиля сопряжения со ступицей ведомого диска.
Для улучшения свойств поверхность ступицы может подвергаться дополнительной обработке, например, фосфатированию, никелированию, азотированию или индуктивной закалке.
Не рекомендуется использовать консистентные смазки с содержанием твердых фракций (например, медесодержащую пасту). Из-за воздействия высоких температур такая смазка может затвердеть, и твердые фракции могут «запечься» на первичном валу коробки передач. В результате ведомый диск сцепления не сможет свободно скользить по шлицам первичного вала, что может стать причиной рывков при включении сцепления или проблем с разъединением трансмиссии.
Благодаря хорошему скольжению ступицы с никелированной поверхностью вообще не требуют смазывания. Их легко можно узнать по блеску, который отличает их от азотированных ступиц, имеющих матовую серебристую поверхность.
Профили ступиц
Требуемый шлицевой профиль выполняется в теле ступицы методом протяжки. Шлицы могут быть мелкими или крупными, причем мелкие шлицы благодаря большему количеству обеспечивают лучшее пятно контакта с первичным валом. Недостатком мелких шлицов является риск соударения при заведении вала коробки передач в профиль ступицы. Повреждение профиля ступицы отрицательно сказывается на скольжении ведомого диска сцепления по шлицам вала коробки передач и вызывает проблемы при работе механизма сцепления.
При описании профиля ступицы, как правило, указывается диаметр [мм] вершины шлица (А), диаметр [мм] основания шлица (В) и количество шлицов (С), (рис. 15).
Пример:
26,5 28,7 26 г
Диаметр вершины шлица: 26,5 мм. Диаметр основания шлица: 28,7 мм. Количество шлицов: 26.
Нередко параметры профиля ступицы указаны в дюймах. В этом случае для перевода значений в метрическую систему можно воспользоваться таблицей А 1.»Соотношение метрических и дюймовых размеров ступицы ведомого диска сцепления«.