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.
Рис.1. Схема трансмиссии.
1-сцепление, 2-коробка передач (КП), 3-раздаточная коробка (РК),
4-карданная передача, 5-главная передача (редуктор ведущего моста),
6-дифференциал, 7-полуось, 8-шарнир равных угловых скоростей.
Сцепление служит для:
1) передачи Мкр от коленвала двигателя на коробку передач;
2) отключение двигателя от трансмиссии при переключении передач;
3) плавного соединения коленвала двигателя с коробкой передач после включения передачи;
4) предохранения деталей трансмиссии и двигателя от динамических перегрузок, возникающих при движении автомобиля.
Общее устройство однодискового сцепления:
Сцепление состоит из:
1. Ведущих частей:
· кожуха сцепления;
· маховика;
· среднего ведущего диска (Урал);
· нажимного диска.
2.Ведомых частей:
· ведомого диска (дисков);
· демпферного устройства.
3. Нажимного устройства:
· нажимных пружин;
· теплоизоляционных прокладок.
4. Механизма выключения:
· оттяжных рычагов;
· муфты выключения;
· упорного подшипника.
5. Привода сцепления.
1. Ведущие части воспринимают вращательное движение коленчатого вала двигателя.
2. Ведомые части передают вращательное движение от ведущих частей на первичный вал коробки передач.
3. Нажимное устройство обеспечивает прижатие нажимным диском ведомого диска к маховику.
4. Механизм выключения служит для обеспечения полноты выключения.
5. Привод сцепленияслужит для передачи усилия от ноги водителя на муфту выключения.
Техническая характеристика сцеплений изучаемых автомобилей
Сцепление автомобиля ЗИЛ-131 фрикционное, однодисковое, сухого трения, постоянно включенное, с механическим приводом.
Кожух сцепления - стальной, штампованный, является основой для размещения деталей сцепления. Крепится к маховику 8 болтами.
Нажимной диск - чугунный, обеспечивает прижатие ведомого диска к маховику через 16 пружин. Крепится к кожуху 4-мя парами пружинных пластин. На диске выполнены 16 посадочных выступов под пружины и кронштейны под внешние концы оттяжных рычагов механизма выключения.
Ведомые части включают:
1) ведомый диск;
2) демпферное устройство.
Ведомый диск установлен на шлицах первичного вала КП и состоит:
Ступицы;
Стального разрезного диска;
Фрикционных накладок.
Демпферное устройство является составной частью ведомого диска, состоит:
Двух дисков;
Кольца демпфера;
Фрикционных пластин;
8 пружин
Диски демпфера прикреплены к ступице ведомого диска, а фрикционные пластины вместе с кольцом демпфера приклепаны к стальному разрезному диску. Пружины установлены в окнах дисков демпфера, кольца и разрезного диска.
Нажимное устройство обеспечивает прижатие нажимным диском ведомого диска к маховику и состоит:
1) 16 нажимных пружин;
2) 16 теплоизоляционных прокладок.
Механизм выключения служит для обеспечения полноты выключения и включает:
1) 4 оттяжных рычага;
2) муфту выключения;
3) упорный подшипник.
Рычаги через опорные вилки, пальцы и игольчатые подшипники крепятся к кожуху, а внешними концами через пальцы и игольчатые подшипники соединены с ведущим диском.
Муфта выключения надета свободно на хвостовую часть крышки подшипника первичного вала коробки передач, которая играет роль направляющей втулки муфты. Постоянно муфта оттягивается назад пружиной. Упорный подшипник насажен на муфту.
Привод сцепления служит для передачи усилия от ноги водителя на муфту выключения и состоит:
1) педаль с возвратной пружиной и рычагом;
2) вал педали с рычагом;
3) тяга с пружиной;
4) вилка с валом и рычагом.
Сцепление автомобиля УРАЛ-4320 фрикционное двухдисковое, сухого трения, постоянно включенное с механическим приводом.
Сцепление установлено в своем картере, который крепится болтами к картеру маховика. Особенности устройства: имеется свой картер и ведущие части средней ведущий диск.
Средний ведущий диск имеет рычажные механизмы, которые размещены на его выступах и обеспечивают установку диска в среднее положение между маховиком и нажимным диском при выключенном сцеплении.
Механизм выключения имеет дополнительно упорное кольцо. Привод сцепления состоит:
1) педаль сцепления с валом и рычагом;
2) сервопружина;
3) промежуточного вала с рычагами;
4) вилки с валом и рычагом;
При нажатии на педаль, ее рычаг проворачивает вал педали, который в свою очередь через свой рычаг передает усилие на тягу, а та воздействует на вилку через ее рычаг и вал. Вилка оказывает давление на муфту с упорным подшипником, которые продвигаются в сторону маховика, нажимают на внутренние концы оттяжных рычагов. Рычаги, проворачиваясь относительно осей своих кронштейнов, внутренними концами отжимают нажимной диск от поверхности ведомого диска, преодолевая вместе с этим усилия нажимных пружин. Между дисками, образуется зазор, тем самым Мкр. от ведущих частей на ведомые не передается, т. е. сцепление выключено. Если отпустить педаль, то под воздействием нажимных пружин сцепление и возвратных пружин муфты включения и привода все возвратится в исходное положение, т. е. сцепление будет включено.
Для нормальной работы сцепления необходим свободный ход педали, что гарантирует полное включение сцепления. В процессе эксплуатации свободный ход педали сцепления, как правило, уменьшается, а поэтому в приводе сцепления предусмотрено устройство для регулировки свободного хода педали в соответствии с требованиями завода-изготовителя.
Коробка передач (КП) предназначена:
Для изменения Мкр, передаваемого агрегатами трансмиссий на ведущие колеса в более широком диапазоне, чем это можно сделать изменением числа оборотов коленвала двигателя в зависимости от дорожных условий;
Для отключения трансмиссии от двигателя;
Для движения автомобиля задним ходом.
Схема простейшей коробки передач:
Коробки передач ЗИЛ-131 и УРАЛ-4320 установлены за двигателями и крепятся:
КП ЗИЛ-131 к картеру маховика 4-мя шпильками с гайками;
КП УРАЛ-4320 к картеру сцепления 12-ю болтами.
Техническая характеристика коробок передач изучаемых автомобилей
| № п/п | Основные параметры и характеристики | ЗИЛ-131 | Урал-4320 | МАЗ-531605, МАЗ-631705 |
| Модель | КамАЗ-141 | ЯМЗ или МЗКТ, возможна установка КП КНР | ||
| Тип КП | механическая 5-и ступенчатая, 3-х вальная. | 8 или 9 ступеней КП КНР - 9 или 12 ступеней | ||
| Число передач З.х. | 5-вперед, 1-з.х. 7,44 4,1 2,29 1,47 7,09 | 5-вперед, 1-з.х. 5,62 2,89 1,64 0,724 5,3 | - | |
| Число ходов | 3-х ходовая | 3-х ходовая | - | |
| Число и тип синхронизаторов | 2 инерционных для 2, 3, 4, 5 передач | - | ||
| Тип масла | ТАП-15В | ТСп-15К МТ-16п, | - | |
| Количество масла | 5,1 | 8,5 | - |
КП автомобиля ЗИЛ-131 состоит:
1) картер;
2) крышка с механизмом переключения передач;
3) первичный вал в сборе;
4) вторичный вал в сборе;
5) промежуточный вал в сборе
6) ось с блоком шестерен передачи з. х.
Картер - чугунная отливка, является основной для размещения и крепления всех узлов и деталей КП. Имеются отверстия для заправки, слива и вентиляции картера.
Крышка переключения передач чугунная, закрывает картер КП сверху. Механизм предназначен для включения передач и состоит:
1) рычаг переключения передач;
2) 3 ползуна с вилками;
3) 3 фиксатора;
4) замковое устройство;
5) промежуточный рычаг и предохранитель включения 1 передачи и передачи з. х.
Рычаг размещается в верхней части крышки на шаровой опоре.
Ползуны установлены в головках выполненных за одно с крышкой.
Фиксаторы установлены в гнездах крышки и предназначены для предотвращения самопроизвольного выключения передач.
Каждый состоит из:
Пружины.
Замковое устройство предназначено для предотвращения одновременного включения двух передач и более и состоит из:
4-х шариков;
Первичный вал в сборе - стальной, выполненный заодно с ведущей шестерней КП. Установлен на 2-х шарикоподшипниках - передним концом в расточке коленвала двигателя, задним-в картере КП.
На шлицевую часть устанавливается ведомый диск сцепления.
Вторичный вал в сборе - стальной, шлицованный под синхронизатор и шестерню 1 передачи и передачи з.х. Установлен передним концом на роликовых подшипниках в расточке первичного вала, а другим концом - на шарикоподшипниках в картере КП.
Шестерни 2-3 передачи установлены на стальной втулке.
Данные шестерни имеют конусы и внутренние зубчатые венцы для соединения с синхронизаторами. Шестерня 1 передачи и передачи з.х. установлена на шлицах.
Синхронизаторы предназначены для выравнивания скоростей вращения ведущих и ведомых частей КП с целью обеспечения безударного включения 2, 3, 4, 5 передач. Синхронизатор состоит:
Каретка;
2 конусных кольца
3 блокирующих пальца;
3 фиксатора (2 сухаря и 2 пружины).
Блокирующие пальцы соединяют между собою конусные кольца, а фиксаторы соединяют каретку с конусными кольцами.
По своему устройству КП УРАЛ-4320 аналогична КП ЗИЛ-131, но имеет определенные особенности по отдельным узлам.
1. На втором валу имеется 5 шестерен -шестерни 1, 2, 3, 5 передач и передачи з. х. и все они установлены на игольчатых подшипниках. Имеется также зубчатая муфта включения 1 передачи и передачи з. х.
2. На промежуточном валу шестерни 1, 2 передачи и передачи з. х. выполнены заодно с валом, остальные на шпонках.
Смазка производится под давлением. С этой целью на первичном валу установлено маслонагнетательное кольцо.
В КП ЗИЛ-131 прямой передачей является 5-я передача, в КП УРАЛ-4320-4-я.
Раздаточная коробка предназначена:
Для распределения крутящего момента Мкр между ведущими мостами;
Увеличения крутящего момента;
Включения переднего моста.
Конструктивно раздаточные коробки представляют собой двухступенчатые редукторы разной конструкции, которые позволяют в тяжелых условиях движения примерно в два раза увеличить крутящий момент, передаваемый от коробки передач на ведущие колеса. Раздаточные коробки включают в себя почти все элементы коробки передач, но имеют и свои особенности.
Раздаточные коробки бывают без дифференциального привода (ЗИЛ-131) и с дифференциальным приводом (Урал-4320).
Техническая характеристика раздаточных коробок изучаемых автомобилей
На автомобиле ЗиЛ-131 РК двухступенчатая с электропневматическим включением переднего моста. Передаточное число коробки на первой передаче 2,08, на второй -1. Крепится коробка на резиновых подушках четырьмя болтами к продольным балкам. В картер коробки заливается 3,3 л масла ТАП-15В.
Раздаточная коробка включает в себя:
· картер с крышками;
· первичный вал с шестерней, муфтой и подшипниками;
· вал привода мостов задней тележки с шестерней и подшипниками;
· вал привода переднего моста с шестернями, муфтами и подшипниками;
· механизм переключения передач;
· управление включением переднего моста.
Картер коробки чугунный, сзади и сверху закрывается крышками. Выходы валов из картера уплотняются сальниками. Контрольно-заливное и сливное отверстия находятся в задней крышке, сливная пробка имеет магнит.
Шестерня первичного вала установлена на шпонке, муфта включения второй (прямой) передачи может перемещаться по шлицам вала, который вращается в шариковом и роликовом подшипниках.
Вал привода задней тележки изготовлен заодно с шестерней. Между подшипниками вала расположен червяк привода спидометра. Шестерня привода спидометра размещается в приливе крышки заднего подшипника вала.
Шестерни вала привода переднего моста вращаются на игольчатых подшипниках и блокируются между собой муфтой включения первой передачи, которая размещена на ступицах шестерен. На ступице задней шестерни размещается еще и муфта включения переднего моста. При включении переднего моста эта муфта соединяется с зубчатым венцом, выполненным непосредственно на валу привода переднего моста.
К механизму переключения передач относятся рычаг с серьгой, две тяги, стяжная пружина, два штока с вилками, два фиксатора, замковое устройство.
Управление включением переднего моста электропневматическое. Оно включает в себя: электровоздушный клапан, пневмокамеру, два микровключателя, реле, включатель реле и сигнальную лампу.
Электровоздушный клапан установлен на поперечине рамы, пневмокамера закреплена на передней стенке картера раздаточной коробки. Микровключатель переднего моста расположен на корпусе фиксаторов, а микровключатель сигнальной лампы находится на корпусе пневмокамеры. Ручной включатель переднего моста и сигнальная лампа находится в кабине на панели приборов, а реле включения электровоздушного клапана – под капотом.
Работа раздаточной коробки заключается в следующем.
Для включения второй (прямой передачи) водитель перемещает рычаг переключения передач назад.
В этом случае рычаг поворачивается относительно точки крепления нижней тяги и через тягу, шток и вилку перемещает муфту назад, соединяя ее с внутренним зубчатым венцом шестерни вала привода мостов задней тележки. Крутящий момент передается с ведущего вала на вал привода мостов задней тележки напрямую.
При необходимости включить передний мост на прямой передаче (например, на скользкой дороге) достаточно перевести включатель реле в левое положение, как сработает электровоздушный клапан и включит передний мост, сблокировав с помощью муфты заднюю шестерню с валом привода переднего моста. В этом случае крутящий момент на вал привода мостов задней тележки передается на прямую, кроме того через зацепление заднего ряда шестерен и муфты момент передается на вал привода переднего моста.
При включении первой передачи необходимо переместить рычаг вперед, при этом рычаг поворачивается вокруг точки крепления верхней тяги и нижним концом через тягу, шток и вилку перемещает муфту назад, соединяя между собой шестерни на валу привода переднего моста. При перемещении шток воздействует на микровыключатель, расположенный на корпусе фиксаторов, который замыкает цепь реле, а через него и цепь электровоздушного клапана. В результате срабатывания электровоздушного клапана сжатый воздух из пневмосистемы автомобиля поступает в пневмокамеру, которая через шток перемещает муфту включения переднего моста назад, соединяя ее с зубчатым венцом вала привода переднего моста. Крутящий момент передается с ведущего вала через шестерни переднего ряда на муфту включения первой (понижающей) передачи, из нее на вторую шестерню, от которой момент распределяется на шестерню вала привода задней тележки и через муфту на вал привода переднего моста.
При выключении первой передачи размыкается цепь электромагнита, закрывается впускной клапан и открывается выпускной, возвратная пружина пневмокамеры автоматически выключает передний мост.
При включении переднего моста микровключатель на пневмокамере замыкает цепь сигнальной лампы в кабине, в результате чего последняя загорается.
На всех передачах при включенном переднем мосте крутящий момент распределяется пропорционально нагрузкам, приходящимся на передний мост и мосты задней тележки.
Первую передачу в раздаточной коробке следует включать при движении по труднопроходимым дорогам (песок, грязь, снег), а также при преодолении крутых подъемов и бродов. Включать первую передачу разрешается только после полной остановки автомобиля, а переходить с первой на вторую можно при любой скорости движения. При включенной второй передаче включить и выключить передний мост можно на любой скорости автомобиля.
Карданная передача служит для передачи крутящего момента от одного вала к другому при их несоосности или изменении взаимного положенияво время движения автомобиля.
У изучаемых автомобилей с помощью карданной передачи осуществляется подвод крутящего момента от коробки передач к раздаточной коробке и от нее - к ведущим мостам, к ведущим управляемым колесам, а также к отдельным механизмам автомобиля (лебедка, дополнительное оборудование и др.).
По кинематической схеме карданные шарниры делят на шарниры неравных и равных угловых скоростей. Во всех автомобильных приводах, кроме привода к ведущим управляемым колесам, применяют шарниры неравных угловых скоростей. Шарниры неравных угловых скоростей характеризуются тем, что при равномерном вращении ведущего вала скорость вращения ведомого вала постоянно изменяется. Этим и объясняется необходимость установки двух шарниров на карданный вал.
При соединении валов шарнирами равных угловых скоростей ведомый вал вращается также равномерно, как и ведущий. Такой шарнир применяется для привода ведущих управляемых колес.
Все карданные валы по устройству в принципе одинаковы и различие состоит лишь в длине тонкостенных труб. Каждый карданный вал представляет тонкостенную трубу, на концах которой установлены шарниры. На одном конце трубы приварена вилка, а на втором - шлицованная втулка, в которую вставляется скользящая вилка. Шлицевое соединение позволяет изменять длину вала, в него закладывается смазка.
Каждый шарнир состоит из двух вилок, крестовины, четырех игольчатых подшипников со стаканами, деталей крепления и уплотнения подшипников.
Для передачи равномерного вращения через карданный вал должно соблюдаться следующее условие: внутренние вилки кардана должны быть в одной плоскости. Для этого на шлицевой втулке и скользящей вилке имеются метки, которые при сборке кардана должны быть совмещены.
Карданные валы в сборе с шарнирами балансируются на специальных установках. Дисбаланс устраняется приваркой балансировочных пластин по концам труб.
Устройство главной передачи автомобиля ЗИЛ-131.
Характеристика - двойная:
· одна пара - конические шестерни со спиральными зубьями,
· вторая пара - цилиндрические шестерни с косыми зубьями,
Общее передаточное число - 7,33.
Во все три картера главных передач заливается по 5л масла ТАп-15В.
Главные передачи среднего и заднего мостов одинаковы по устройству и расположению, их картеры крепятся к балкам мостов горизонтальными фланцами.
Главная передача переднего моста имеет такое же устройство, но крепится к балке моста вертикальным фланцем.
Главную передачу составляют:
· картер с крышкой;
· первичный вал с конической шестерней и подшипниками;
· ведомая коническая шестерня;
· ведущая цилиндрическая шестерня с валом и подшипниками;
· ведомая цилиндрическая шестерня.
Картер крепится к балке моста болтами. В картере имеются отверстия, закрываемые пробками, для залива, слива и контроля уровня масла.
Первичный вал вращается на одном роликовом цилиндрическом и двух конических подшипниках. Между фланцем стакана подшипников и картером устанавливаются регулировочные металлические прокладки. Между внутренними кольцами конических подшипников помещаются две регулировочные шайбы. Уплотнение вала достигается двумя сальниками и маслосгонной шайбой. Ведущая коническая шестерня установлена на шлицах вала.
Ведомая коническая шестерня установлена на валу ведущей цилиндрической шестерни на шпонке.
Ведущая и ведомая конические шестерни подбираются на заводе в комплекте и разъединению не подлежат.
Ведущая цилиндрическая шестерня изготовлена заодно с валом, который вращается на цилиндрическом роликовом и двухрядном коническом подшипниках. Между фланцем стакана подшипников и картером располагаются регулировочные прокладки.
Ведомая цилиндрическая шестерня представляет собой зубчатый венец, который крепится к чашкам дифференциала.
При работе главной передачи крутящий момент увеличивается в обеих парах шестерен, а в конической паре, кроме того, изменяется и по направлению.
Дифференциал, полуоси и шарниры равных угловых скоростей .
Межколесный дифференциал обеспечивает возможность ведущим колесам одного моста вращаться с разным числом оборотов.
При поворотах автомобиля его внешние колеса за одно и то же время проходят больший путь, чем внутренние. Разный путь проходят колеса и при движении по неровностям дороги.
Чтобы ведущие колеса автомобиля могли вращаться с различной частотой, их крепят не на одном общем валу, а на двух, называемых полуосями, соединенными с помощью специального механизма, называемого дифференциалом, подводящим к полуосям крутящий момент от главной передачи.
Дифференциал автомобиля ЗИЛ-131 включает в себя две чашки, крестовину, четыре сателлита и две полуосевые шестерни. Такой дифференциал называется симметричным, поскольку он распределяет крутящий момент между полуосями поровну, что понижает проходимость автомобиля при плохом сцеплении одного из колес с опорной поверхностью.
При прямолинейном движении автомобиля по ровной дороге с одинаковым сопротивлением вращению колес дифференциал распределяет крутящий момент между полуосями поровну и колеса вращаются с одинаковой частотой. В этом случае все детали дифференциала вращаются как одно целое, сателлиты не вращаются вокруг своих осей, а их зубья как бы заклинивают обе полуосевые шестерни.
Как только условия движения изменяются, например, на повороте, то внутреннее колесо встречает большее сопротивление качению и его полуось начинает вращаться медленнее. Сателлиты приходят во вращение вокруг своих осей, обкатываясь по замедляющейся полуосевой шестерне, и увеличивают частоту вращения полуоси колеса, движущегося по наружному радиусу. Таким образом, при уменьшении частоты вращения одного колеса частота вращения другого колеса этого моста увеличивается на такую же величину.
Полуоси предназначены для передачи крутящего момента от дифференциала на ведущие колеса.
Внутренний конец полуоси имеет шлицы, которые вставляют в полуосевые шестерни дифференциала. Наружный конец полуоси может заканчиваться фланцем или шлицами, в зависимости от способа крепления ступицы колеса к полуоси.
Карданные шарниры равных угловых скоростей устанавливают в приводе к управляемым ведущим колесам.
Широкое применение получили карданные шариковые и кулачковые шарниры. Шариковые шарниры с делительными канавками установлены на ЗИЛ-131и включают в себя два кулака, четыре ведущих и один центральный шарики.
Кулачковый карданный шарнир равных угловых скоростей (две вилки, два кулака и диск) используется на автомобилях УраЛ-4320.
ВЫВОД: таким образом, при отработке первого учебного вопроса Вы ознакомились с общим устройством трансмиссии армейских автомобилей.
Готов ответить на Ваши вопросы.
1. Толкатель. 2. Защитный чехол. 3. Рабочий цилиндр привода. 4. Клапан. 5. Шланг. 6. Картер сцепления. 7. Маховик. 8. Наружная нажимная пружина. 9. Внутренняя нажимная пружина. 10. Теплоизоляционная шайба. 11. Ступица. 12. Пружина демпфера. 13. Фрикционная шайба. 14. Теплоизоляционная шайба. 15. Пружина гасителя. 16. Коленчатый вал. 17. Кожух сцепления. 18. Фрикционная накладка. 19. Нажимной диск. 20. Диск. 21. Палец. 22. Опорная вилка. 23. Рычаг выключения сцепления. 24. Коническая пружина. 25. Сферическая гайка. 26. Подшипник выключения сцепления. 27. Муфта подшипника. 28. Поролоновое кольцо. 29. Заборное окно. 30. Первичный вал коробки передач. 31. Крышка подшипника первичного вала. 32. Шаровая опора. 33. Вилка выключения сцепления.
На автомобиле установлено сухое однодисковое, постоянно замкнутое
сцепление с пружинной ступицей и гасителем крутильных колебаний. Наружный
диаметр ведомого диска 225 мм. Сцепление автомобиля обеспечивает:
- передачу крутящего момента от двигателя на карданный
вал и ведущие колеса автомобиля;
- отсоединение на непродолжительное время двигателя
от силовой передачи автомобиля;
- плавное движение автомобиля при трогании с места
и при переключении передач;
- предохранение деталей трансмиссии и двигателя от
поломок за счет пробуксовывания при перегрузках.
Устройство и работа сцепления. Ведущими частями сцепления являются маховик и ведущий диск сцепления в сборе (состоит из кожуха, нажимного диска, рычагов выключения сцепления и нажимных пружин). На боковых поверхностях кожуха 17, прикрепленного к маховику шестью болтами, имеются три равномерно расположенных прямоугольных окна, в которые вводят с минимальным зазором три обработанных выступа нажимного диска 19. Такое соединение обеспечивает передачу крутящего момента через кожух на нажимной диск; центрирование нажимного диска относительно кожуха и возможность осевого перемещения нажимного диска при выключении сцепления. Между кожухом и нажимным диском расположены девять пар нажимных пружин 8 и 9. Для предотвращения заедания пружины имеют разное направление навивки. Нажимное усилие, создаваемое наружной пружиной, - 24,5-27,5 кгс, внутренней - 30,5-33,5 кгс. Для предохранения нажимных пружин от вредного влияния тепла, выделяющегося при пробуксовке сцепления, между нажимным диском и пружинами установлены теплоизолирующие шайбы 10 из прессованного асбокартона. Три стальных рычага 23 выключения сцепления располагаются в прорезях направляющих выступов нажимного диска и с помощью осей и игольчатых подшипников объединяются с нажимным диском и опорными вилками. На резьбовые хвостовики опорных вилок навернуты сферические гайки 25, которые прижимаются к сферическим поверхностям на кожухе коническими пружинами 24. Такое шарнирное соединение опорных вилок с кожухом обеспечивает возможность некоторого качания опорных вилок, необходимого для компенсации изменения расстояния по радиусу между осями рычагов при отводе нажимного диска. Сферические гайки служат также для установки концов рычагов выключения в одной плоскости. В противном случае происходят перекос нажимного диска при выключении сцепления, неполное выключение и неплавное включение сцепления. Для предотвращения отвертывания сферические гайки раскернены в прорези на хвостовиках опорных вилок.
Ведущий диск сцепления в сборе статически балансируется путем высверливания металла из бобышек нажимного диска. Допустимый дисбаланс 25 гссм. Глубина сверления не более 25 мм, включая конус сверла.
Ведомый диск сцепления передает вращение от двигателя на первичный вал 30 коробки передач за счет сил трения на поверхностях фрикционных накладок 18, зажатых усилием нажимных пружин между поверхностями маховика и нажимного диска. Фрикционные накладки 18 изготовлены из асбестовой тканой ленты с вплетенной в нее медной или латунной проволокой. Каждая из них имеет по 24 канавки, которые способствуют лучшему отводу тепла и очищению трущихся поверхностей от продуктов износа. Накладки независимо одна от другой приклепаны к восьми волнистым пружинным пластинам, которые, в свою очередь, приклепаны к стальному диску 20. По мере увеличения нажатия на ведомый диск волнистые пластины постепенно распрямляются, обеспечивая тем самым более плавное включение сцепления, и при полном включении практически принимают плоскую форму. К диску 20 при помощи трех пальцев 21 приклепан второй диск. В обоих дисках имеется по шесть окон, расположенных друг против друга.
Между дисками располагается фланец ступицы 11 ведомого диска, имеющий шесть окон и три U-образных выреза, через которые проходят пальцы. Цилиндрические демпферные пружины 12 расположены одновременно в окнах ступицы и обоих дисков и передают крутящий момент от фрикционных накладок к ступице, сжимаясь в зависимости от величины передаваемого момента. Поворот фрикционных накладок относительно ступицы ограничен упором пальцев 21 в края U-образных вырезов фланца ступицы. Пружины демпфера способствуют мягкому включению сцепления, а также понижают частоту собственных колебаний силовой передачи, устраняя возможность появления резонансных колебаний. Изменения крутящего момента, вызываемые крутильными колебаниями коленчатого вала двигателя, заставляют диски 20 поворачиваться относительно ступицы в ту или иную сторону, сжимая и разжимая демпферные пружины. Для уменьшения передачи этих колебаний на трансмиссию служит гаситель, состоящий из стальной фрикционной шайбы 13, сидящей на лысках ступицы 11 и прижатой к диску 20 с усилием 60 кгс пружиной 15, упирающейся в отбортовку упора, зафиксированного в канавке на ступице. Гашение колебаний происходит вследствие трения между этими деталями при повороте диска относительно ступицы.
Для разборки гасителя необходимо надавить на упор, слегка сжав пружину, повернуть упор на 90° и снять со ступицы. Ведомый диск в сборе балансируется статически путем установки балансировочных грузовиков в отверстия диска 20. Допустимый дисбаланс не более 10 гссм. Биение поверхностей фракционных накладок относительно шлицевого отверстия ступицы не более 1 мм.
Выключение сцепления производится путем нажатия на концы рычагов выключения подшипника 26, насаженного на подвижную муфту 27. Для защиты рабочей поверхности хвостовика крышки подшипника первичного вала 31 от попадания грязи на нее надеты два поролоновых кольца 28. При сборке в подшипник и в муфту выключения сцепления закладывается специальная смазка, не требующая замены в течение всего срока эксплуатации.
Картер 6 сцепления отлит из алюминиевого сплава. Он крепится к блоку двигателя на четырех шпильках и двух болтах и центрируется на двух установочных штифтах. Для обеспечения необходимой соосности коробки передач с коленчатым валом двигателя задний торец и посадочное отверстие картера сцепления обрабатываются в сборе с блоком двигателя, обеспечивая биение заднего торца и посадочного отверстия относительно оси коленчатого вала не более 0,08 мм. В нижней части картера сцепления имеется люк, закрытый штампованной нижней частью картера сцепления. Через этот люк производится демонтаж сцепления.
Охлаждение сильно нагревающихся в процессе работы деталей и удаление продуктов износа осуществляются путем засасывания воздуха через зaборное окно 29 и выброса его через выходное окно сбоку картера сцепления.
В процессе эксплуатации сцепление не требует каких-либо регулировок. Pегулировку положения рычагов выключения в одной плоскости производят только на заводе или при ремонте сцепления. В этом случае ведущий диск, собранный с кожухом, приворачивают к маховику, установив между нажимным диском и маховиком в трех местах шайбы толщиной 8 мм. Вращая регулировочные сферические гайки опорных вилок, добиваются, чтобы размер от торца маховика до конца каждого рычага был равен 48,5±0,25 мм. При сборке сцепления устанавливают нажимные пружины одной группы (отличаются друг от друга по нагрузке 1,5 кгс). В процессе эксплуатации необходимо своевременно заменять изношенные фрикционные накладки ведомого диска сцепления, в связи с чем через 80-100 тыс. км пробега автомобиля в нормальных условиях и через 40-50 тыс. км пробега автомобиля в тяжелых условиях (например, автомобиль-такси) необходимо проверить расстояние между маховиком и нажимным диском при включенном сцеплении. Если это расстояние менее 6 мм, то необходимо снять ведомый диск для осмотра и замены фрикционных накладок. Для проведения замеров необходимо установить автомобиль на яму и снять нижнюю штампованную часть картера сцепления.
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.
сцепление. Назначение и типы
Сцеплением называется силовая муфта, в которой передача крутящего момента обеспечивается силами трения, гидродинамическими силами или электромагнитным полем. Такие муфты называются соответственно фрикционными, гидравлическими и электромагнитными.
Сцепление служит для временного разъединения двигателя и трансмиссии и плавного их соединения.
Временное разъединение двигателя и трансмиссии необходимо при переключении передач, торможении и остановке автомобиля, а плавное соединение ‑ после переключения передач и при трогании автомобиля с места, при этом при помощи сцепления осуществляется разгон автомобиля.
При движении автомобиля сцепление во включенном состоянии передает крутящий момент от двигателя к коробке передач и предохраняет механизмы трансмиссии от динамических нагрузок, возникающих в трансмиссии. Такие нагрузки в трансмиссии возникают при резком торможении автомобиля, резком включении сцепления, неравномерной работе двигателя и резком снижении частоты вращения коленчатого вала, а также при наезде колес автомобиля на неровности дороги и т.д.
На автомобилях применяются различные типы сцеплений, которые классифицируются по разным признакам (рис. 1).
Рисунок 1 ‑ Типы сцеплений, классифицированных по различным признакам
Все сцепления, кроме центробежных, являются постоянно замкнутыми, т.е. постоянно включенными и выключаемыми водителем при переключении передач, торможении и остановке автомобиля.
Наибольшее применение на автомобилях получили фрикционные сцепления ‑ однодисковые и двухдисковые.
Однодисковые сцепления применяются на легковых автомобилях, автобусах и грузовых автомобилях малой и средней грузоподъемности, а иногда и большой грузоподъемности.
Двухдисковые сцепления устанавливают на грузовых автомобилях большой грузоподъемности и автобусах большой вместимости.
Многодисковые сцепления используются очень редко ‑ только на грузовых автомобилях большой грузоподъемности.
Гидравлические сцепления, или гидромуфты, в качестве отдельного механизма трансмиссии на современных автомобилях не применяются. Ранее они использовались совместно с последовательно установленным фрикционным сцеплением.
Электромагнитные сцепления широкого распространения не получили в связи со сложностью их конструкции.
Требования к сцеплению
Для надежной работы автомобиля к сцеплению, кроме общих требований к конструкции автомобиля, предъявляются специальные требования, в соответствии с которыми оно должно обеспечивать:
Надежную передачу крутящего момента от двигателя к трансмиссии;
Плавность и полноту включения;
Чистоту выключения;
Минимальный момент инерции ведомых частей;
Хороший отвод теплоты от поверхностей трения ведущих и ведомых частей;
Предохранение механизмов трансмиссии от динамических нагрузок;
Поддержание нажимного усилия в заданных пределах в процессе эксплуатации;
Легкость управления и минимальные затраты физических усилий на управление;
Хорошую уравновешенность.
Выполнение всех указанных требований обеспечить в одном сцеплении невозможно. Поэтому в разных сцеплениях в соответствии с конструкцией выполняются в первую очередь главные для них требования.
Рассмотрим требования, предъявляемые к конструкции сцепления.
Надежная передача крутящего момента от двигателя к трансмиссии.
Сцепление автомобиля должно обеспечивать возможность передачи крутящего момента, превышающего крутящий момент двигателя. При износе фрикционных пар, когда сила нажатия пружин ослабевает, сцепление может пробуксовывать. Длительное пробуксовывание сцепления приводит к выходу его из строя.
Момент М C , передаваемый сцеплением, создается в результате взаимодействия поверхностей трения ведомого диска с контртелом (маховиком, нажимным диском).
Максимальное значение передаваемого сцеплением момента определяется уравнением.
М С = М е · β = Р пр · μ · R ср · i (1)
где М е – максимальный крутящий момент развиваемый двигателем, Н·м;
β – коэффициент запаса;
Р пр – усилие пружин сцепления, Н;
μ – коэффициент трения;
R ср – средний радиус ведомого диска, м;
i – число пар трения.
Обычно принимают коэффициент запаса β = 1,2...2,5 в зависимости от типа сцепления и его назначения. Сцепления с регулируемым давлением пружин и сцепления с диафрагменными пружинами имеют наиболее низкое значение коэффициента запаса. Большие значения β коэффициент запаса принимают для сцеплений грузовых автомобилей и автобусов.
Надежная работа сцепления без перегрева и значительных износов особенно важна в тяжелых дорожных условиях движения автомобиля и при наличии прицепа и полуприцепа, когда имеют место более частые включения и выключения, а также буксование сцепления.
Плавность и полнота включения. Сцепление должно включаться плавно, чтобы не вызывать повышенных нагрузок в механизмах трансмиссии и очень больших ускорений автомобиля, которые отрицательно влияют на водителя, пассажиров и перевозимые грузы. Так, например, при резком включении сцепления скручивающие нагрузки в трансмиссии могут быть в 3…4 раза больше максимального крутящего момента двигателя. Это происходит потому, что при быстром отпускании педали управления усилие сжатия ведущих и ведомых частей сцепления в начальный момент создается не только нажимными пружинами, но и кинетической энергией перемещающегося к маховику двигателя нажимного диска и связанных с ним деталей. При этом в момент соприкосновения ведущих и ведомых частей сцепления усилие их сжатия в несколько раз превышает силу нажимных пружин.
При резком включении сцепления уменьшается угловая скорость коленчатого вала двигателя и на трансмиссию передается повышенный крутящий момент:
,
(2)
где М е ‑ крутящий момент двигателя;
J е ‑ момент инерции вращающихся частей двигателя;
‑ ускорение
вращающихся частей двигателя.
При включении сцепление должно обеспечивать быстрый разгон автомобиля. Максимально допустимое ускорение при трогании автомобиля с места должно быть в пределах 3...4 м/с 2 , чтобы не вызвать дискомфорт пассажиров.
Плавность включения сцепления обеспечивается главным образом благодаря упругим свойствами ведомого диска, которые зависят от его конструкции. Плавности включения сцепления также способствуют пружины гасителя крутильных колебаний. Однако влияние этих пружин незначительно, так как их деформация при включении сцепления невелика. На плавность включения сцепления влияет и упругость деталей привода управления сцеплением. Так, например, в сцеплении с диафрагменной пружиной большую упругость имеют рычаги (лепестки) выключения сцепления, которые выполнены вместе с диафрагменной пружиной.
Наиболее высокую плавность включения обеспечивают многодисковые сцепления. Однако они применяются очень редко и только на тяжелых грузовых автомобилях.
Крутящий момент двигателя должен передаваться на трансмиссию без буксования сцепления.
Полнота включения сцепления достигается специальными регулировками сцепления и его привода. Эти регулировки обеспечивают необходимый зазор между выжимным подшипником муфты выключения сцепления и концами рычагов выключения, а также пропорциональный указанному зазору свободный ход педали сцепления, который обычно составляет 20...40 мм.
При значительном изнашивании трущихся поверхностей ведущих и ведомых частей сцепления указанный зазор уменьшается, и рычаги выключения упираются в выжимной подшипник муфты выключения, что препятствует созданию пружинами необходимого нажимного усилия.
Сцепления с гидравлическим приводом управления могут и не иметь зазора между подшипником муфты выключения и концами рычагов выключения. При этом выжимной подшипник постоянно прижимается к концам рычагов с небольшой силой. При изнашивании трущихся поверхностей рычаги перемещают подшипник с муфтой и через вилку выключения и толкатель поршня рабочего цилиндра привода сцепления вытесняют соответствующее количество жидкости в главный цилиндр привода. При этом регулировочный зазор между толкателем и поршнем главного цилиндра сохраняется. Обслуживание таких сцеплений упрощается.
Чистота выключения. Чистота выключения сцепления характеризует полное разъединение двигателя и трансмиссии, при котором ведущие детали сцепления не ведут за собой ведомые.
При неполном выключении сцепления затрудняется переключение передач (оно происходит с шумом), что приводит к изнашиванию шестерен и синхронизаторов. Если же сцепление выключено не полностью, а в коробке передач включена передача, то при работающем двигателе сцепление будет буксовать. Это приводит к нагреву деталей сцепления и изнашиванию фрикционных накладок ведомого диска.
Чистоте выключения сцепления препятствует трение в ступице ведомого диска, которая установлена на шлицах первичного вала коробки передач. При выключении сцепления ведомый диск находится под действием осевой силы, которая прижимает его к маховику. Значение осевой силы Р о ограничивается силой трения F д в шлицевом соединении ступицы диска и первичного вала коробки передач:
F д = G д · μ д,
где G д ‑ вес ведомого диска;
μ д ‑ коэффициент трения в шлицевом соединении.
При этом в шлицевом соединении создается дополнительная сила трения F т за счет трения между маховиком и фрикционной накладкой ведомого диска:
F т = μ т · μ д · 
· Р о,
где μ т ‑ коэффициент трения между маховиком и фрикционной накладкой;
μ д ‑ коэффициент трения в шлицевом соединении;
R ср – средний радиус фрикционной накладки ведомого диска;
r ш – радиус шлицов;
Р о – осевая сила.
Таким образом, остаточная осевая сила в однодисковом сцеплении будет равна:
Р´ о
=
F д + F т = G д · μ д + μ т · μ д · 
· Р о,
(3)
В многодисковом сцеплении остаточная осевая сила подсчитывается последовательным суммированием сил трения, возникающих в шлицевых соединениях всех ведомых дисков.
Остаточная осевая сила в многодисковом сцеплении значительно больше, чем в однодисковом, вследствие этого требуемая чистота выключения многодискового сцепления не обеспечивается. В таком случае необходимо уменьшать остаточную осевую силу, что может быть достигнуто увеличением числа шлицов и тщательной их обработкой или увеличением диаметра шлицевого вала.
В однодисковых сцеплениях полное разъединение двигателя и трансмиссии обеспечивается соответствующим отводом нажимного диска от маховика. В двухдисковых сцеплениях принудительный отвод среднего ведущего диска осуществляется различными специальными устройствами (равноплечим рычагом, упорным стержнем и др.). Зазор между трущимися поверхностями при отводе нажимного диска в однодисковых сцеплениях составляет 0,75...1,00 мм, в двухдисковых ‑ 0,5...0,6 мм, а в многодисковых ‑ 0,25...0,30 мм. При этом ход нажимного диска при выключении сцепления не превышает 1,5...2,0 мм для однодисковых сцеплений и 2,0...2,5 мм для двухдисковых сцеплений.
Чистота выключения сцепления, как и полнота его включения, обеспечивается регулировками свободного хода педали управления и положения концов рычагов выключения сцепления в одной плоскости. При этом точная установка концов рычагов в одной плоскости предотвращает перекос нажимного диска при включении и выключении сцепления. Кроме того, в сцеплениях с периферийными пружинами для достижения чистоты выключения число нажимных пружин кратно числу рычагов выключения, что исключает перекос нажимного диска.
В ряде конструкций сцеплений зазор между рычагами выключения и выжимным подшипником муфты выключения сцепления отсутствует, так как сила давления рычагов на подшипник не превышает 50 Н. В этом случае отсутствие зазора практически не влияет на изнашивание подшипника и позволяет сцеплению включаться полностью независимо от степени износа фрикционных накладок ведомых дисков.
Чистота выключения сцеплений с дисками, работающими в масле (фрикционы), ниже, чем у сцеплений с сухими дисками, особенно при повышении вязкости масла при низких температурах. Требуемая чистота выключения этих сцеплений достигается поддержанием необходимой температуры масла. Для этого, например, сцепление размещают в общем картере коробки передач.
Минимальный момент инерции ведомых частей. Для уменьшения ударных нагрузок шестерен включаемых передач и работы трения в синхронизаторах при переключении передач в коробке передач момент инерции ведомых частей сцепления должен быть минимальным. При включении несинхронизованной передачи ударная нагрузка на зубья шестерен пропорциональна моменту инерции ведомых частей сцепления.
Ударный импульс при включенном сцеплении может быть в 50...200 раз больше, чем ударный импульс, возникающий при переключении передач с выключенным сцеплением.
Снижение момента инерции ведомых частей сцепления достигается уменьшением диаметра ведомого диска и массы фрикционных накладок. Так, диаметр ведомых дисков сцеплений автомобилей большой грузоподъемности обычно не превышает 400 мм. Толщина фрикционных накладок сцеплений составляет 3,3...4,7 мм. Однако это не всегда возможно, так как указанные размеры определяются крутящим моментом, передаваемым сцеплением. Кроме того, при уменьшении диаметра ведомого диска необходимо увеличивать число поверхностей трения, чтобы сцепление могло передавать крутящий момент. Но увеличение числа поверхностей трения при уменьшении диаметра ведомых дисков приводит не к уменьшению, а к значительному увеличению момента инерции ведомых частей сцепления. Так, например, момент инерции ведомых частей у двухдискового сцепления значительно больше, чем у однодискового, рассчитанного на передачу такого же крутящего момента.
Применение фрикционных накладок с повышенным коэффициентом трения (из спеченных материалов) позволяет уменьшить диаметр ведомого диска, но из-за увеличения массы фрикционных накладок момент инерции ведомых частей сцепления не снижается.
Таким образом, уменьшить момент инерции ведомых частей сцепления можно только за счет уменьшения массы ведомого диска. Поэтому ведомый диск выполняют из тонкого стального листа толщиной 2...3 мм.
Для уменьшения удара при переключении передач необходимо также уменьшить разность угловых скоростей вращения шестерен переключаемых передач. Это достигается применением синхронизаторов в коробках передач.
Хороший отвод теплоты от поверхностей трения ведущих и ведомых частей. Стабильная и надежная работа сцепления существенно зависит от его теплового состояния. Поэтому необходимо поддерживать постоянный тепловой режим сцепления.
При трогании автомобиля с места происходит буксование сцепления. Это приводит к нагреву деталей сцепления и выделению теплоты на поверхностях трения его ведущих и ведомых частей. Так, например, одно включение сцепления повышает температуру нажимного диска на 7...15°С. Температура фрикционных накладок ведомого диска также повысится и понизится коэффициент их трения. При этом надежная работа сцепления будет нарушена, так как сцепление будет буксовать не только при трогании автомобиля с места, но и во время движения.
При длительном буксовании сцепления температура его поверхностей трения может превысить 300 °С, тогда как уже при 200 °С коэффициент трения снижается почти в два раза. Высокая температура приводит к вытеканию связующего компонента фрикционных накладок, они становятся сухими, пористыми и быстро изнашиваются.
При высокой температуре также может произойти коробление ведомого и нажимного дисков, появление трещин на нажимном диске и выход сцепления из строя.
Для предохранения сцепления от указанных негативных явлений осуществляют различные конструктивные мероприятия, способствующие хорошему отводу теплоты от трущихся поверхностей ведущих и ведомых частей. Примером могут служить вентиляционные отверстия с металлическими сетками в картере сцепления и большое количество отверстий в кожухе сцепления, сделанные для улучшения циркуляции воздуха; рычаги выключения сцепления, выполненные в форме лопастей вентилятора, охлаждающего сцепление; массивный нажимной диск в виде кольца, обеспечивающий лучший отвод теплоты от ведомого диска; канавки в фрикционных накладках для циркуляции воздуха. Кроме того, канавки в фрикционных накладках служат для удаления под действием центробежных сил продуктов износа, снижающих коэффициент трения. Они также способствуют чистоте выключения сцепления, устраняя присасывание (прилипание) фрикционных накладок к рабочим поверхностям маховика двигателя и нажимного диска.
Для сохранения при нагреве нажимного диска работоспособности нажимных пружин сцепления их устанавливают на термоизоляционных прокладках (шайбах).
Предохранение трансмиссии от динамических нагрузок. Конструкция сцепления во многом определяет величину динамических нагрузок в трансмиссии. Динамические нагрузки, возникающие в механизмах трансмиссии, могут быть единичными (пиковыми) и периодическими.
Пиковые нагрузки могут возникнуть при резком изменении скорости движения автомобиля (резкое торможение с невыключенным сцеплением), резком включении сцепления, наезде на дорожную неровность и неравномерной работе двигателя.
При резком изменении скорости автомобиля, особенно при торможении с невыключенным сцеплением, динамическое нагружение трансмиссии происходит главным образом инерционным моментом вращающихся частей двигателя. При этом величина инерционного момента значительно больше крутящего момента двигателя.
Наибольшего значения пиковые нагрузки в трансмиссии достигают при резком включении сцепления. При этом происходит значительное повышение момента трения сцепления за счет кинетической энергии нажимного диска, перемещающегося к маховику двигателя. Поэтому в механических трансмиссиях могут сильно возрасти динамические нагрузки, так как сцепление начнет буксовать только при значительном увеличении его момента трения.
При резком включении сцепления трансмиссия автомобиля закручивается крутящим моментом двигателя М е и моментом сил инерции М и вращающихся частей двигателя:
М с = М е + М и. (4)
Момент сил инерции (инерционный момент)
М и = ω е · 
,
(5)
где ω е ‑ угловая скорость коленчатого вала;
J е ‑ момент инерции вращающихся частей двигателя;
с β ‑ крутильная жесткость трансмиссии.
Следовательно, инерционный момент М и зависит от угловой скорости коленчатого вала в момент резкого включения сцепления и от крутильной жесткости трансмиссии.
Уменьшение инерционного момента и снижение пиковой нагрузки достигается за счет пружин гасителя крутильных колебаний, установленных в ведомом диске сцепления. Однако максимальные пиковые нагрузки при резком включении сцепления ограничиваются буксованием сцепления.
Периодические нагрузки могут возникнуть в трансмиссии вследствие неравномерной работы двигателя и действия крутильных колебаний (неравномерности крутящего момента). Эти нагрузки создают шум и повышенные напряжения в механизмах трансмиссии и часто являются причиной поломок деталей механизмов от усталости, особенно при резонансе, когда частоты возмущающих нагрузок совпадают с частотами собственных колебаний трансмиссии.
Для гашения крутильных колебаний трансмиссии служат специальные гасители пружинно-фрикционного типа. Такие гасители поглощают энергию крутильных колебаний трансмиссии в результате трения их фрикционных элементов (колец, пластин и т.п.).
Работу трения гасителя крутильных колебаний можно определить по следующему выражению:
L т = P г ·μ ·r ср ·α ·i, (6)
где Р г ‑ усилие сжатия фрикционных колец гасителя;
μ ‑ коэффициент трения;
r ср ‑ средний радиус фрикционных колец;
α ‑ угол перемещения (буксования) фрикционных колец;
Загрузка...