Зчеплення призначене для короткочасного від'єднання колінчастого валу двигуна від агрегатів силової передачі та послідовного плавного з'єднання, що забезпечує початок руху автомобіля та перемикання передач при русі.
У сучасних умовах на автомобілях набули поширення фрикційні сухі нормально включені механізми зчеплення. Механізм зчеплення у зборі кріпиться на маховику двигуна за допомогою болтових з'єднань. Перед складанням двигуна його колінчастий вал у зборі з маховиком і зчепленням проходить операцію динамічного балансування.
За кількістю ведених дисків зчеплення можуть бути однодисковими чи дводисковими.
За розташуванням натискних пружин зчеплення розрізняються на механізми з периферійними пружинами, з мембранною пружиною і з витою центральною пружиною.
Компонувальні схеми сухих фрикційних зчеплень
1 — однодискове з периферійними пружинами; 2 — дводискове; 3 — однодискове з діафрагмовою пружиною
У сучасних умовах найбільшого поширення набули однодискові фрикційні зчеплення з діафрагмовою пружиною.
Схема роботи однодискового механізму зчеплення з механічним приводом:
1 — кожух зчеплення; 2 — натискний диск; 3 — маховик двигуна; 4 — ведений диск; 5 — болти кріплення кожуха до натискного диска; 6 — натискні пружини; 7 — натискні важелі; 8 — упорний підшипник; 9 — вильчастий важіль; 10 — первинний вал коробки передач; 11 — педаль управління зчепленням; 12 — тяга
Крутний момент двигуна передається від маховика до первинного валу коробки передач через диск, що затискається між маховиком і натискним диском. Натискний диск обертається разом з маховиком, крутний момент передається за допомогою сил тертя між фрикційними накладками веденого диска і поверхнями маховика і натискного диска.
При натисканні водієм на педаль зусилля від педалі передається через тягу до важеля, що натискає на упорний підшипник. Під дією такого зусилля підшипник переміщається до важелів і тисне на них, через що відбувається зміщення натискного диска у напрямку від маховика. Внаслідок такого зміщення ведений диск вивільняється, і момент від маховика на первинний вал коробки передач не передається – відбувається вимкнення зчеплення.
У цей час водій здійснює перемикання передач.
При відпусканні педалі підшипник зміщується убік від маховика і зусилля від нього на важелі припиняється. В результаті натискний диск під дією пружин зміщується до маховика, і ведений диск плавно затискається між площинами маховика та натискного диска – відбувається включення зчеплення.
Щоб уникнути роботи підшипника при включеному зчепленні між його робочою поверхнею і упорними площинами важелів передбачений зазор а = 0,7...1,0 мм. Регулювання цього зазору та вільного ходу педалі зчеплення здійснюється шляхом зміни довжини тяги за допомогою різьбових з'єднань.
При включенні і виключенні зчеплення між поверхнями тертя відбувається інтенсивне тепловиділення, яке поглинається масами маховика і натискного диска.
Ведений диск з'єднується з первинним валом коробки за допомогою шлицьового з'єднання.
Однодискове зчеплення
1 - картер зчеплення; 2 - маховик; 3 - фрикційні накладки веденого диска; 4 - натискний диск; 5 - опорні кільця; 6 - діафрагмова пружина; 7 - підшипник вимикання зчеплення; 8 - первинний вал коробки передач; 9 - поролонові кільця; 10 - муфта вимкнення; 11 - кульова опора вилки; 12 - кожух; 13 - вилка; 14 - шток робочого циліндра; 15 - сполучна пластина; 16 - робочий циліндр; 17 - штуцер прокачування; 18 - демпферна пружина; 19 - маточина веденого диска
До конструкції зчеплення висуваються певні вимоги.
Плавність увімкнення диктується необхідністю зниження динамічних навантажень у трансмісії при торканні автомобіля з місця та перемиканні передач.
Донедавна для фрикційних зчеплень застосовувалися переважно фрикційні накладки, до складу яких входили азбест, наповнювачі та сполучні матеріали. В даний час все більшого поширення набувають фрикційні накладки без азбесту або з мінімальним його вмістом. Це пов'язано з тим, що азбестовий пил визнаний небезпечним для здоров'я людини.
Конструктивно плавність включення зчеплення досягається забезпеченням податливості веденого диска. З цією метою ведені диски автомобілів виконуються розрізними, з певною конусністю або опуклістю секторів. У цьому випадку сектори працюють як пластинчасті пружини між веденим диском та однією з фрикційних накладок.
Ведений диск зчеплення
Також на плавність включення впливає гнучкість елементів у механізмі вимикання. З цих позицій зчеплення з діафрагмовою пружиною, у якої податливі пелюстки виконують функції важелів вимкнення, краще, ніж зчеплення з периферійними пружинами, у якого вимкнення здійснюється жорсткими важелями.
Чистота вимикання. Повне від'єднання двигуна від трансмісії досягається отриманням гарантованого зазору між поверхнями тертя при повністю вичавленійй педалі зчеплення. Для дводискового зчеплення є спеціальний пристрій для примусового переміщення внутрішнього ведучого диска в положення, при якому обидва ведені диски знаходяться у вільному стані
Пристрій, що забезпечує гарантований проміжок між поверхнями тертя
a - важільне; б, в - зі штоком та пружиною; S - робочий зазор
Запобігання трансмісії від впливу динамічних навантажень. Динамічні навантаження у трансмісії можуть бути одиничними (піковими) та періодичними. Пікові навантаження виникають при різкій зміні кутової швидкості трансмісії, наприклад, при включенні зчеплення кидком педалі, при наїзді на нерівність. Щоб не сталося поломки в трансмісії, зчеплення повинне обмежити граничне значення навантаження шляхом пробуксування.
Періодичні навантаження (крутильні коливання) виникають у результаті нерівномірності крутного моменту двигуна: колінчастий вал двигуна при кожному такті робочого ходу в кожному циліндрі отримує імпульс кутової швидкості. Певною мірою маховик згладжує такі кутові коливання, але не повністю. Для гасіння крутильних коливань використовується гасник крутильних коливань, або демпфер, що розміщується між маточиною веденого диска та його периферійною частиною.
Гасник крутильних коливань
1 - диск; 2 - маточина; 3 - сухар; 4 - пружина; 5 - сталева шайба; 6 - фрикційна шайба
Периферійна частина веденого диска пов'язана з його маточиною за допомогою пружинної муфти, що допускає поворот маточини відносно накладок на кут 8...10 градусів. У вікнах диска розміщені попередньо підтиснуті пружини, що допускають поворот маточини при подоланні певного зусилля. Пружини є пружними елементами, що сприймають коливання крутного моменту, що передається. Гасіння крутильних коливань здійснюється за допомогою сухого тертя між дисками демпфера та сухарями.
Для кріплення дисків демпфера та масловідбивачів до маточини використовуються заклепки. Сухарі кріпляться заклепками до периферійної частини веденого диска. Кріплення накладок до периферійної частини диска здійснюється також за допомогою заклепок. Клейові з'єднання цих деталей застосовуються досить рідко.
Застосування двомасових маховиків у конструкції двигуна дозволило перенести гасник крутильних коливань із веденого диска до маховика. Таке конструктивне рішення дозволяє спростити зчеплення, знизити момент інерції веденого диска і, отже, зменшити навантаження елементи управління коробкою передач.
Підтримання натискного зусилля у заданих межах у процесі експлуатації. У процесі експлуатації в результаті зношування фрикційних накладок натискний диск переміщається у бік маховика, змінюючи жорсткість пружин зчеплення. У зчепленні з периферійними пружинами, які мають лінійну пружну характеристику, це призводить до зниження натискного зусилля і моменту тертя, що передається, аж до настання пробуксовування зчеплення.
У зчепленнях з діафрагмовою пружиною, яка має нелінійну пружну характеристику, зусилля при зношуванні накладок підтримується приблизно постійним.
Графіки пружних характеристик пружин
1 - зчеплення з периферійними пружинами; 2 - зчеплення з діафрагмовою пружиною
Застосування діафрагмової пружини дозволяє спростити конструкцію, оскільки приблизно вдвічі скорочується кількість деталей, зменшується розмір зчеплення, а пружина виконує ще й функцію важелів вимкнення. Діафрагмова пружина забезпечує рівномірне розподілення зусилля по всій накладці. Важливою перевагою діафрагмової пружини, порівняно з периферійними, є те, що при підвищенні кутової швидкості маховика відцентрові сили не спотворюють її характеристику. Крім того, при виключенні зчеплення зусилля пружини знижується, що полегшує управління зчепленням.
Кожух зчеплення з периферійними пружинами
Кожух зчеплення з діафрагмовою пружиною
У деяких конструкціях з діафрагмовою пружиною опукла сторона пружини спрямована всередину зчеплення. Це дозволяє дещо зменшити ширину агрегату, але ускладнює конструкцію вичавного елемента та приводу.
Спочатку діафрагмова пружина з'явилася у зчепленнях легкових автомобілів. Довгий час застосування в зчепленнях вантажних автомобілів стримувалося технологічної складністю виготовлення пружини великого діаметра.
Привід зчеплення може бути механічний, гідравлічний чи електричний. Гідравлічний привід зазвичай застосовується там, де використання механічного приводу може бути ускладненим. Електричний привід застосовується при необхідності автоматизації процесу керування зчепленням.
Гідравлічний привід зчеплення передбачає передачу зусилля від педалі зчеплення до важеля за допомогою витіснення рідини з головного циліндра в робочий циліндр. При натисканні на педаль зчеплення відбувається переміщення штока та його тиск на поршень головного циліндра. При переміщенні поршня відбувається витіснення рідини, що знаходиться перед ним, в порожнину робочого циліндра. Під тиском рідини відбувається переміщення поршня та штока робочого циліндра, внаслідок чого переміщається вильчастий важіль у напрямку вимкнення зчеплення. При відпусканні педалі зчеплення рідина та всі деталі під дією зворотних пружин переміщаються у зворотному напрямку.
Схема гідравлічного приводу зчеплення
1 - педаль; 2 - штовхач; 3 - головний циліндр; 4 - поршень штовхача; 5 - поршень головного циліндра; 6 - бачок; 7 - трубопровід; 8 - робочий циліндр; 9 - поршень; 10 - пружина; 11 - вилка; 12 - опора вилки; 13 - вижимний підшипник
Бачок призначений для компенсації зміни об'єму рідини. Регулювання зазору між підшипником вимкнення зчеплення та натискними важелями, а також вільного ходу педалі зчеплення здійснюється шляхом зміни довжини штока робочого циліндра.