Сцепление и приводы управления сцеплением

Назначение и принцип действия сцепления. Сцепление автомобиля служит для кратковременного разъединения коленча­того вала двигателя от коробки передач и их плавного соединения, которые необходимы при переключении передач и трогания авто­мобиля с места.

На легковых и грузовых автомобилях наиболее распространено однодисковое сцепление фрикционного типа. Сцепление (рис.71) состоит из механизма и привода выключения. Механизм сцепления собран на маховике 1 двигателя, а привод - на невращающихся деталях, установленных на раме или кузове автомобиля.

Основными деталями механизма сцепления являются ведомый диск 2, установленный на шлицы ведущего вала 8 коробки передач, нажимный диск 3 с пружинами 4, размещенными на кожухе 12, который жестко прикреплен к маховику. На кожухе 12 сцепления установлены на шаровых опорах отжимные рычаги 11, соединенные шарнирно с нажимным диском 3.

Привод выключения сцепления состоит из муфты 10 с выжимным подшипником и возвратной пружиной 9, вилки 5, тяги 6 и педали 7.

При отпущенной педали сцепления ведомый диск 2 зажат пружинами 4 между маховиком и нажимным диском. Такое состо­яние сцепления называется включенным, так как при работе двига­теля крутящий момент от маховика и нажимного диска передается за счет сил трения на ведомый диск и дальше на ведущий вал 8 коробки передач. Если нажать на педаль 1 сцепления, тяга 6 перемещается и поворачивает вилку 5 относительно места ее крепления. Свободный конец вилки давит на муфту 10, в результате чего она перемешается к маховику и нажимает на рычаги 11, которые отодвигают нажимный диск 3. При этом ведомый диск освобождается от сжимающего усилия, отходит от маховика и сцеп­ление выключается.

Для включения сцепления необ­ходимо плавно отпускать педаль 7. При этом усилие на ведомом диске будет нарастать постепенно, вслед­ствие чего будет происходить прос­кальзывание диска относительно маховика и плавное их соединение до момента полного включения. С целью отвода теплоты, выделя­ющейся при включении сцепления, на кожухе выполняют отверстия для циркуляции воздуха.

Рассмотренный на схеме фрикционного сцепления привод вы­ключения сцепления прост по конструкции, содержит жесткие рычаги и тяги и называется механическим. На многих легковых автомобилях в настоящее время применяют гидравлический привод выключения сцепления. В таком приводе усилие от педали к механизму сцепления передается жидкостью, заключенной в гидроцилиндрах и трубопроводах. На грузовых автомобилях для облегчения управления сцеплением в приводе его выключения иногда применяют пневматический усилитель (автомобили МАЗ, КамАЗ).

Устройство сцеплений. Однодисковый механизм сцепления автомобиля ГАЗ-24 «Волга» (рис.72) состоит из ведомого диска 4, установленного на шлицевом конце ведущего вала 8 коробки передач, и стального штампованного кожуха 11, прикрепленного к маховику 2 болтами. Внутри к кожуху на опорных вилках прикреплены рычаги 10 выключения сцепления, шарнирно соединенные с нажимным диском 5. Опорные вилки также шарнирно крепятся к кожуху 11, что обеспечивает отвод нажимного диска при выключении без перекосов.

Между кожухом 11 и нажимным диском по окружности разме­щены нажимные цилиндрические пружины 6, установленные для центровки на бобышках по периферии нажимного диска.

Ведомый диск сцепления (рис.73) выполнен раздельно со ступицей 6, крутящий момент на которую передается через демп­ферные пружины 5. Они расположены в окнах ступицы 6 и дисков 2 и 8, скрепленных через вырез в ступице пальцами 7. К диску 2 прикреплены волнистые пружинные пластины 4 с двумя фрик­ционными накладками 3. При включении сцепления волнистые пружины распрямляются постепенно, обеспечивая более плавное включение. Ведомый диск имеет также гаситель крутильных коле­баний, выполненный в виде пружины 1, прижимающей диск 2 к ступице 6 с некоторым усилием.

Крутильные колебания, возникающие на маховике двигателя в основном за счет пульсации его работы при включенном сцеплении, передаются ведомому диску и заставляют его поворачиваться на некоторый угол относительно ступицы 6, сжимая пружины 5. При этом возникает трение диска 2 о фланец ступицы, к которой он прижимается пружиной 1 гасителя, и энергия крутильных коле­баний гасится, превращаясь в теплоту. В целом гаситель способст­вует мягкости, включения сцепления и повышает долговечность шестерен коробки передач и карданного вала.

Механизм сцепления с двумя ведомым и дисками отличается от однодискового фрикционного механизма сцепления наличием среднего нажимного диска, распо­лагаемого между двумя ведомыми дисками. Конструкция нажим­ного диска и других элементов двухдискового механизма сцепления принципиальных отличий от однодискового механизма не имеет.

Однодисковый механизм сцепления с центральной диафрагменной нажимной пружиной (рис.74) имеет только одну нажимную пружину. Она выполнена в форме усеченного конуса. В выштамповке пружины расположено 18 лепестков, которые являются не только упругими элементами, но и одновременно отжимными рычагами. Основное преимущество диафрагменной пружины - ее нелиней­ная характеристика. Она обеспечивает практически постоянное усилие независимо от степени нажатия. У цилиндрических пружин характеристика линейная - усилие прямо пропорционально их сжатию. Применение диафрагменной пружины улучшает износос­тойкие свойства сцепления, исключает возможность пробуксовки и позволяет уменьшить габаритные размеры и массу.

В конструкции сцепления диафрагменная пружина 5 крепится заклепками 6 и двумя опорными кольцами 9 на кожухе 4 сцепления. Наружный край пружины передает сжимающее усилие на нажимный диск 3.

При выключении сцепления подшипник 8 через упорный фла­нец воздействует на лепестки пружины и перемещает ее в сторону маховика. Наружный край пружины отгибается в обратную сторону и фиксаторами 10 отводит нажимный диск 3 от ведомого диска 2 - сцепление выключается. Ведомый диск 2 в данной конструкции сцепления имеет гаситель крутильных колебаний.

Приводы управления сцеплением. Механический при­вод выключения сцепления применяют на большин­стве отечественных грузовых автомобилей, так как он наиболее прост по конструкции и удобен в эксплуатации. Основными дета­лями (рис.75) привода выключения сцепления автомобиля ЗИЛ-130 являются педаль 1, которая закреплена на валу 5, связанном тягой 6 с рычагом 7 и вилкой 3 выключения сцепления.

При нажатии на педаль 1 все детали привода приходят во взаимодействие, в результате чего подшипник 2 муфты нажимает на внутренние концы рычагов выключения, нажимный диск отводится, а ведомый освобождается от усилия нажатия и сцепления выключается.

При включении сцепления педаль отпускают, муфта с подшипником под действием возвратной пружины 4 занимает исходное положение, освобождая рычаги выключения и сцепление включается.

Гидравлический привод выключения сцеп­ления сложнее по конструкции, чем механический, но он обес­печивает более плавное включение и допускает свободное расположение педали привода по отношению к механизму сцепления.

На автомобиле ГАЗ-24 гидропривод сцепления (см. рис.72) включает педаль 16, главный 15 и рабочий 14 цилиндры, а также толкатель 12, действующий на вилку 9 выключения сцепления. Главный и рабочий цилиндры привода соединены трубопроводом.

Педаль подвешена на оси к кронштейну кузова. К педали шарнирно присоединен толкатель главного цилиндра, действу­ющий на поршень. Перемещение поршня при нажатии на педаль, показанное на рис.72 штрихпунктирной линией, вызывает перетекание жидкости по трубопроводу и повышение давления в рабо­чем цилиндре. В результате поршень рабочего цилиндра тоже начинает двигаться и через толкатель 12 действует на вилку 9, которая перемещает выжимный подшипник и выключает сцеп­ление. Возврат педали в исходное положение после ее отпускания происходит под действием оттяжной пружины.

Пневматический усилитель в приводе сцепления применяют на грузовых автомобилях, чтобы уменьшить усилие нажима на педаль при выключении сцепления. Устройство пневматического усилителя гидравлического привода выключения сцепления автомобиля КамАЗ показано на рис.76.

Пневматический усилитель состоит из двух корпусов, между ко­торыми зажаты диафрагмы следящего устройства. В переднем корпусе расположены пневмопоршень 6, клапаны управления 5 и диафрагма 4. В заднем корпусе установлены гидропоршень 2 выключения сцеп­ления и поршень 3 следящего устройства. Следящее устройство автоматически изменяет давление на пневмопоршень в соответствии с изменением усилия в гидроприводе педали сцепления.

Работает пневмоусилитель следующим образом. При нажатии на педаль сцепления давление жидкости из главного цилиндра передается под гидропоршень усилителя и следящий поршень.

Последний перемещается и действует на клапаны управления, закрывая выпускной и открывая впускной. При этом сжатый воздух из системы начинает поступать в полость пневмопоршня, который перемещается, оказывая дополнительное усилие на шток 1 выклю­чения сцепления. В результате суммарное усилие от давления воздуха и педали на штоке выключения сцепления возрастает и сцепление выключается. При пускании педали давление в гидроприводе исчезает и поршни под действием пружин отходят в исходное положение, сцепление включается, а воздух из пневмоусилителя выходит в атмосферу.

Коробка передач.

Назначение и принцип действия коробки передач. Короб­ка передач служит для изменения в широком диапазоне крутящего момента, передаваемого от двигателя на ведущие колеса автомобиля при трогании с места и его разгоне. Помимо этого коробка передач обеспечивает автомобилю движение задним ходом и позволяет длительно разъединять двигатель и ведущие колеса, что необходимо при работе двигателя на холостом ходу во время движения или при стоянке автомобиля.

На современных отечественных автомобилях применяют преимущественно механические ступенчатые коробки передач с зубчатыми шестернями. Количество передач переднего хода обычно равно четырем или пяти, не считая передачи заднего хода.

Пятая передача чаще всего выполняется с передаточным числом менее 1,0 и является «ускоряющей» или «экономичной», так как позволяет на скоростях автомобиля, приближенных к максималь­ной, понизить частоту вращения двигателя и получить некоторую экономию топлива.

Переключение передач в механических коробках осуществляет­ся передвижением шестерен, которые входят поочередно в зацеп­ление с другими шестернями, или блокировкой шестерен на валу с помощью синхронизаторов. Синхронизаторы выравнивают час­тоты вращения включаемых шестерен и блокируют одну из них с ведомым валом. Управление передвижением шестерен или синхронизаторов осуществляет водитель при выключенном сцеп­лении. В зависимости от числа передач переднего хода коробки передач бывают трехступенчатыми, четырехступенчатыми и т.д.

Принцип действия коробки передач можно рассмотреть на схеме трехступенчатой коробки передач (рис.77). Основными деталями коробки являются ведущий вал 1, ведомый вал 5, промежуточный вал 6, установленный в корпусе коробки. На первичном валу жестко закреплена шестерня z₂ находящаяся в постоянном зацеплении с шестерней z'₃, жестко закрепленной на промежуточном валу. Другие шестерни промежуточного вала z'₂, z'₁ и z'_3x также жестко закреплены. На ведомом валу 5 установлена свободно вращающаяся шестерня z₂, находящаяся в постоянном за­цеплении с шестерней z'₂, шестер­ня z₁ и синхронизатор 2 соединены с валом 5 посредством шлиц и имеют возможность перемещаться по ним в направлениях, указанных стрелками. Шестерня z₀ обес­печивает изменение направления вращения ведомого вала в обрат­ную сторону при включении пере­дачи заднего хода.

Каждая передача характеризуется передаточным числом, под которым понимают отношение числа зубьев ведомой шестерни к ведущей. Если в передаче участ­вует Несколько пар зубчатых шестерен, то для определения переда­точного числа следует перемножить значения передаточных отношений всех пар.

В рассматриваемой схеме коробки передач для включения пер­вой передачи шестерню z₁ передвигают вилкой 4 влево до зацеп­ления ее с шестерней z'₁. Тогда крутящий момент будет передаваться с первичного вала 1 через шестерни постоянного зацепления z₃ и z'₃ на шестерни z'₁ и z₁, образующие первую передачу.

Передаточное число для нее можно определить по формуле i_I = = (z'₃/z₃)*(z₁/z'₁), где z₁, z'₁, z₃, z'₃ - число зубьев соответствующих шестерен.

Вторая передача включается перемещением синхронизатора 2 с помощью вилки 3 вправо. При этом шестерня z₂ блокируется на ведомом валу, а крутящий момент на нем будет определяться Передаточным числом i_II = (z'₃/z₃)*(z₂/z'₂).

Третью передачу можно получить, если передвинуть синхронизатор 2 влево. В этом случае ведомый и ведущий валы жестко соединяются, а передаточное число в коробке не изменяется и становится равным единице, такую передачу называют прямой. Она используется для движения автомобиля с большой скоростью.

Устройство коробок передач. Четырехступенчатая коробка передач автомобиля ГАЗ-53А имеет четыре передачи для движения вперед и одну назад. Она выполнена по трехвальной схеме и действует аналогично трехступенчатой коробке передач (рис.77). Конструктивными особенностями коробки передач автомобиля ГA3-53A является постоянное зацепление шестерен ведущего и проме­жуточного вала, шестерен второй и третьей передач. Передачи переднего хода включаются передвижением шестерни первой передачи и синхронизатора по шлицам ведомого вала, а задний ход включается перемещением блока шестерен заднего хода.

Пятиступенчатая коробка передач авто­мобилей МАЗ-5335 приведена на рис.78. Основными частями коробки передач являются картер, ведущий вал, промежуточный вал с шестернями, ведомый вал с шестернями и синхронизаторами, механизм переключения передач.

Ведущий вал 2 установлен на шариковом подшипнике в перед­ней стенке картера 13 и имеет на переднем конце шлицы для установки диска сцепления, а на заднем конце - шестерню, нахо­дящуюся в постоянном зацеплении с шестерней 24 на промежуточ­ном валу 18. Шестерни 11, 9 и 8 ведомого вала 16 установлены на нем свободно на гладких стальных втулках и зацеплены с соответ­ствующими шестернями на промежуточном валу. При включении второй, третьей, четвертой и пятой передач блокировка шестерен с ведомым валом осуществляется с помощью синхронизаторов 5 и 10. Первая передача и задний ход включаются перемещением шестерни 12 вдоль оси ведомого вала.

Стальные опорные втулки шестерен ведомого вала смазываются под давлением от насоса 25, приводимого хвостовиком валика, вставленного в паз промежуточного вала. Подача масла произ­водится от насоса по каналам в крышке подшипника вала, через переходную втулку в осевой канал ведомого вала и далее по радиальным сверлениям к втулкам шестерен. Зубья шестерен сма­зываются за счет разбрызгивания масла, забираемого зубьями из масляной ванны картера коробки передач.

Безударное включение передач переднего хода в рассматрива­емой коробке обеспечивается синхронизаторами инерционного типа. Синхронизатор 10 включает вторую и третью передачу, а синхронизатор 5 - четвертую (прямую) и пятую (ускоряющую) передачи.

Устройство синхронизатора показано на рис.79. Основными деталями синхронизатора являются корпус 5 с бронзовыми коническими кольцами 10, запрессованными в него с обоих концов. Внутри корпуса установлена муфта 8 с зубчатыми венцами 9. Фланец муфты имеет выступы 6, которые входят в фигурные вырезы 3 корпуса. В те выступы фланцы, которые не входят в вырезы, вставлены шариковые фиксаторы 7. Пальцы муфты 4 проходят через вырез в корпусе и вставлены во внутренний паз кольца 2 переключения, соединенного с вилкой переключения передач.

При включении передачи муфта 8 под действием вилки переключения передвигается в сторону включаемой шестерни 1. Конусная поверхность конического блокирующего кольца начинает соприкасаться с конусной поверхностью шестерни. Поскольку в начальный момент соприкосновения частоты вращения кольца и шестерни не совпадают, на их поверхностях возникают силы трения, поворачивающие корпус на некоторый угол, вследствие чего выступы фланца муфты упираются в края фигурных вырезов и осевое перемещение муфты дальше не происходит.

В результате трения между коническими поверхностями кольца и шестерни их частота вращения выравнивается. В этот момент выступы муфты выходят из прорезей фигурных вырезов и больше не препятствуют осевому перемещению муфты. Муфта перемещается дальше в сторону включения и ее зубья входят в зацепление с зубчатым венцом шестерни, блокируя ее на валу.

Выключение передачи осуществляется простым перемещением муфты в нейтральное положение, в результате чего зубчатые венцы шестерни и муфты синхронизатора оказываются разъединенными.

Механизм переключения передач размещает­ся в верхней крышке коробки передач и приводится в действие рычагом, установленным на шаровой опоре. Нижний конец рычага при отклонении входит в пазы вилок переключения. Вилки закреплены на штоках, которые могут перемещаться в осевом направлении и удерживаются фиксаторами 7 (рис.78).

Для защиты от случайного включения двух передач одновре­менно служит блокирующее устройство (замок), которое состоит из двух плунжеров и штифта, заложенных в горизонтальное сверление в крышке и среднем ползуне. При перемещении одного из крайних ползунов блокирующее устройство стопорит средний и другой крайний ползун в нейтральном положении, а при перемещении среднего ползуна стопорятся оба крайних ползуна.

Для предохранения от включения заднего хода служит пружинный предохранитель, который задает в момент включения заднего хода ощутимо большее усилие на рычаге переключения, чем при включении передач переднего хода.

На грузовых автомобилях КамАЗ, работающих в качестве тяга­чей, устанавливают пятиступенчатую коробку передач с передним приставным двухступенчатым редуктором-делителем передач, который в сочетании с основной коробкой позволяет получить 10 передач переднего хода и 2 передачи заднего хода. При включении делителя происходит уменьшение общего передаточного числа каждой передачи примерно в 1,225 раза.

Делитель передач (рис.80) представляет по конст­рукции дополнительный редуктор, картер 7 которого жестко пристыкован к картеру коробки передач. В картере делителя размещены ведущий 2 и промежуточный 6 валы, пара зубчатых шестерен 3 и 1, синхронизатор 5 и механизм переключения. Промежуточный вал делителя постоянно соединен шлицами с промежуточным валом коробки передач. Шестерня 3 ведущего вала вращается на нем свободно и имеет зубчатый венец для взаимодействия с синхронизатором, закрепленным с помощью зубчатой муфты 4.

Делитель обеспечивает две передачи: прямую и повышающую. Прямая передача не изменяет передаваемого момента от двигателя к коробке передач. Она включается перемещением синхронизатора вправо, в результате чего ведущий вал делителя и ведущий вал коробки передач жестко блокируются.

Повышающая передача делителя включается при перемещении синхронизатора влево. В этом случае шестерня 3 блокируется синхронизатором на ведущем валу делителя, а крутящий момент передается с шестерни 3 на шестерню 1 промежуточного вала и далее на промежуточный вал коробки передач. При этом происходит уменьшение передаваемого крутящего момента на передаточное число делителя и частота вращения возрастает на такую же величину. Это дает возможность работать автомобилю при небольших нагрузках с повышенной скоростью движения, что способствует экономии топлива.