Конструкция, размеры и характеристики сцепления в значительной степени определяются типом нажимных пружин. В автомобильных сцеплениях применяют цилиндрические, конические и тарельчатые пружины.
Цилиндрические пружины имеют линейную характеристику во всем рабочем диапазоне. Характеристика конической пружины до посадки витков также является линейной, затем по мере выключения витков из работы жесткость пружины увеличивается. Это является недостатком, так как обусловливает увеличение усилия при выключении сцепления и значительное снижение нажимного усилия при изнашивании фрикционных накладок. Наиболее благоприятна характеристика тарельчатой пружины, усилие которой в рабочем диапазоне изменяется незначительно при выключении сцепления и изнашивании фрикционных накладок.
Цилиндрические пружины в современных сцеплениях устанавливают по периферии, что обеспечивает равномерное сжатие трущихся поверхностей за счет симметричного расположения пружин относительно друг друга и отжимных рычагов. В зависимости от их числа нажимные пружины располагаются на одной или двух окружностях нажимного диска. Для центрирования пружин и уменьшения их деформации при действии центробежных сил применяют стаканы, бобышки или выступы на нажимном диске и кожухе сцепления. Бобышки нажимного диска используют также для его балансировки. Для предотвращения нагрева пружин устанавливают теплоизолирующие шайбы.
Вместо периферийных пружин может устанавливаться центрально одна цилиндрическая пружина. При этом уменьшается диаметр сцепления, а его осевые размеры увеличиваются. Использование более сложной в изготовлении конической пружины, устанавливаемой центрально, позволяет уменьшить и осевые размеры сцепления. В таких сцеплениях регулируется усилие сжатия пружины, например, прокладками, как в конструкции.
Сжатая коническая пружина расположена между опорным фланцем и подвижной втулкой. На другом конце втулки закреплена с помощью стопорного кольца обойма с шариками нажимных упругих рычагов пластинчатого типа. Обойма состоит из двух шайб. В ней устанавливается до 20 рычагов, которые удерживаются шариками, помещаемыми в отверстия на внутренних концах рычагов. Наружные концы рычагов опираются на кольцевые выступы опорного фланца и нажимного диска.
Пружина стремится переместить втулку вместе с обоймой вправо. В результате внутренние концы рычагов также смещаются вправо, сжимая наружными концами трущиеся поверхности сцепления. При выключении сцепления втулка перемещается влево, и упругие рычаги перестают действовать на нажимной диск.
Тарельчатые пружины благодаря своим достоинствам широко используются в автомобильных сцеплениях (особенно легковых автомобилей). Тарельчатая пружина имеет форму усеченного конуса и состоит из сплошного кольца с меридиально расположенными лепестками, выполняющими функции упругих отжимных рычагов.
Возможны два варианта установки тарельчатой пружины. В первом варианте на нажимной диск пружина действует наружным краем сплошного кольца, во втором — внутренним. Первый вариант наиболее широко применяется в силу простоты механизма выключения сцепления. Во втором варианте упрощается конструкция механизма установки пружины, уменьшаются усилие выключения и напряжения в пружине. Однако в этом случае для выключения сцепления внутренние концы лепестков пружины необходимо перемещать в направлении от нажимного диска, что усложняет конструкцию механизма выключения.
При использовании тарельчатых пружин упрощается конструкция сцепления, уменьшаются его размеры, число деталей, обеспечивается плавное включение, равномерная нагрузка на нажимной диск, малое изменение нажимного усилия при изнашивании накладок.
Ведущие диски (нажимные и промежуточные) передают крутящий момент двигателя ведомым дискам. Для обеспечения поглощения и рассеивания теплоты они выполняются массивными, часто с радиальными или спиральными вентиляционными каналами и ребрами. Ребра, помимо улучшения теплопередачи, способствуют повышению жесткости нажимного диска. Ведущие диски должны вращаться вместе с маховиком и иметь возможность перемещаться в осевом направлении. При этом направляющими устройствами служат выступы, шипы, зубья или пальцы. Кроме того, могут применяться шпоночные соединения, а также равномерно располагаемые по окружности тангенциальные пружины.
Выступы нажимного диска, входящие в пазы кожуха сцепления, обеспечивают их надежное соединение. Вследствие значительного трения в соединении, возникающего при осевом перемещении диска, увеличивается усилие выключения сцепления. Соединение при помощи упругих пластин обеспечивает перемещение нажимного диска без трения. В этом случае один конец пластины приклепывается к кожуху, а второй — крепится к нажимному диску. Такой способ соединения широко используется в сцеплениях легковых и грузовых автомобилей.
В двухдисковых сцеплениях ведущие диски иногда перемещаются вдоль пальцев, закрепленных в маховике. Промежуточные диски могут соединяться с маховиком при помощи шлиц, шипов или пальцев, запрессованных в маховик. Эти пальцы входят в пазы промежуточного диска, чем обеспечивается возможность его осевого перемещения.
Для обеспечения чистоты выключения двухдискового сцепления промежуточный диск принудительно отводится при помощи различных пружинных устройств. Конструкция отличается простотой и состоит из пружин, установленных между маховиком, промежуточным и нажимным дисками. Чистота выключения сцепления достигается за счет правильного выбора жесткостей пружин и их точного изготовления.
В ряде сцеплений используются пружины, расположенные между маховиком и промежуточным диском. Среднее положение диска в выключенном сцеплении определяется упором, ввернутым в кожух сцепления. В современных сцеплениях часто применяют устройства, состоящие из рычагов, установленных в промежуточном диске. При выключении сцепления рычаги под действием винтовых пружин поворачиваются против часовой стрелки, упираясь своими концами в маховик и нажимной диск, в результате чего промежуточный диск устанавливается в среднее положение.
Ведомый диск устанавливается на шлицах первичного вала коробки передач и состоит из шлицованной ступицы, стального диска толщиной 2...3 мм, фрикционных накладок и гасителя крутильных колебаний.
Для обеспечения лучшего контакта поверхностей трения, предупреждения коробления при нагреве стремятся уменьшить осевую жесткость ведомых дисков. С этой целью их выполняют разрезными. За счет устройства Т-образных прорезей уменьшается ширина перемычек между секторами, которые в свою очередь могут последовательно .отгибаться в разные стороны. Между диском и фрикционными накладками часто устанавливают пластинчатые пружины. Фрикционные накладки крепят независимо друг от друга к диску или к диску и пластинчатым пружинам, приклепанным к диску.
Головки заклепок размещаются в отверстиях противоположных накладок с зазором. В выключенном сцеплении диск и пластинчатые пружины находятся в свободном состоянии. При включении сцепления они распрямляются, благодаря чему усилие сжатия трущихся поверхностей нарастает более плавно. Поверхность трения фрикционных накладок может иметь вентиляционные канавки (обычно прямолинейные с небольшим увеличением глубины к периферии накладки) для удаления продуктов изнашивания.
Фрикционные накладки автомобильных сцеплений изготовляют на асбестовой основе четырех типов: 1 — формованные, 3 — тканые, 4 — картонно-бакелитовые, 5 — спиральнонавитые.
Использование прессованных накладок в автомобильных сцеплениях ГОСТ 1786—80 не предусматривает. Фрикционные накладки должны иметь высокий и стабильный коэффициент трения, быть износостойкими, не схватываться с контактирующей поверхностью. Они способны выдерживать длительный нагрев до 200 °С и кратковременный (продолжительностью не более 10 с) — до 350 °С.
Для улучшения механических свойств накладок используют различные добавки: цинк способствует стабилизации коэффициента трения, медь — улучшению теплоотдачи, свинец — уменьшению скорости изнашивания, предупреждению задиров ведущих дисков (но при его добавлении уменьшается термостойкость накладок).
При изготовлении формованных накладок используется низкосортный коротковолокнистый асбест с большим количеством различных добавок. Накладки способны выдерживать значительные нагрузки и предназначены для сцеплений грузовых автомобилей. Тканые накладки изготовляются из хлопчатобумажной и асбестовой высокосортной длинноволокнистой пряжи с металлическими и с неметаллическими наполнителями. В первом случае используют проволоку, обычно латунную, реже медную или цинковую. Затем весь материал пропитывается под давлением специальным связующим материалом, например бакелитом.
Такие накладки применяют в сцеплениях легковых и грузовых автомобилей. Картонно-бакелитовые накладки изготовляют прессованием из асбестового картона, пропитанного фенолформальдегидной смолой. Они обладают невысокими фрикционными и механическими характеристиками. Спиральнозавитые накладки имеют высокие антивибрационные и прочностные свойства, повышенный коэффициент трения за счет спирального расположения волокон. Они используются в сцеплениях легковых автомобилей. Твердость по Бринеллю накладок составляет НВ 170...470.
В ведомый диск сцепления встраивают гасители крутильных колебаний, которые предназначены для снижения или полного устранения высокочастотных колебаний, возникающих в трансмиссии от действия периодических возмущений. Они изменяют упругую характеристику трансмиссии и уменьшают вероятность возникновения резонанса при совпадении собственных и вынужденных частот крутильных колебаний. Все гасители вне зависимости от их конструкции работают по принципу рассеивания энергии.
Они состоят из упругого элемента, обеспечивающего относительное перемещение ведущей и ведомой частей диска, и диссипативного элемента, предназначенного для рассеивания энергии колебаний за счет трения. Упругими элементами являются пружины, торсионы, резина.
Наибольшее распространение в автомобилях получили гасители, в которых используется трение без смазочного материала, с применением пружин в качестве упругих элементов. Пружины устанавливаются в окнах ведомого диска и в дисках и с предварительным натягом.
Рассеивание энергии происходит на поверхностях трения, образованных дисками. Сжатие поверхностей трения осуществляется с помощью заклепок или болтов. В последнем случае для придания стабильности усилию сжатия устанавливают тарельчатые или цилиндрические пружины. С этой же целью диски гасителя могут выполняться в виде тарельчатых пружин.
Получили распространение также гасители с нелинейной характеристикой, позволяющие более эффективно устранять крутильные колебания. Они имеют различную конструкцию: в одних — используют различной длины пружины, устанавливаемые в окнах одинаковых размеров, которые включаются в работу последовательно; в других — последовательное включение в работу пружин обеспечивается соответствующим выбором размеров окон в дисках и ступице.
В таких гасителях увеличено общее число пружин (обычно до 10); пружины одной жесткости равномерно чередуются с пружинами другой. Существуют гасители, имеющие три комплекта пружин малой, средней и большой жесткости (соотношение жесткостей 10:20). Нелинейность характеристики гасителя может достигаться также использованием пластинчатых пружин или резиновых упругих элементов.
Отжимные рычаги должны иметь высокое передаточное отношение (в автомобильных сцеплениях — 3,8...5,5) при малом трении в шарнирах. Число рычагов в сцеплении составляет 3...5, они устанавливаются по окружности равномерно радиально или наклонно для увеличения передаточного отношения. Чтобы не уменьшалось усилие сжатия трущихся поверхностей и не затруднялось выключение сцепления, должен отсутствовать поворот отжимных рычагов при действии центробежных сил.
Для уменьшения трения отжимные рычаги устанавливают на ножевых опорах, перекатывающихся роликах, игольчатых подшипниках. Одна из опор рычага выполняется жесткой, а вторая — должна компенсировать изменение расстояния между ними (около 1 мм) при повороте рычага. В старых конструкциях сцеплений отжимные рычаги устанавливали свободно на отжимных пальцах ножевая кромка прорези в кожухе, а второй — торец самоустанавливающейся шайбы, расположенной на пальце.
Положение рычага определяется пружинами. Более совершенными являются конструкции с использованием в качестве одной опоры игольчатого подшипника, установленного в проушине нажимного диска.
Другая опора образована осью и перекатывающимся роликом, установленными на стойке, которая закреплена на внутренней стороне кожуха сцепления. В современных сцеплениях рычаги чаще всего устанавливаются на двух игольчатых подшипниках. Одна опора выполняется жесткой, обычно на нажимном диске, а конструкция второй опоры должна обеспечить компенсацию изменения расстояния между опорами при помощи гайки с подвижной сферической опорой.
Установка зазоров между рычагами и упорным кольцом (или подшипником) осуществляется гайками. Для удержания с некоторым усилием рычагов в определенном положении устанавливают оттяжные пружины.
При выключении сцепления происходит передача усилия от невращающейся муфты к вращающимся отжимным рычагам. Для уменьшения трения между этими деталями устанавливают подшипники скольжения или качения. Подшипники скольжения, используемые иногда на легковых автомобилях, представляют собой пропитанные специальными маслами угольно-графитовые втулки, не требующие подвода смазочного материала в течение всего срока службы. Гораздо чаще используют подшипники качения с защитным кожухом, а смазочный материал подается по гибкому шлангу через масленку, которая устанавливается на корпусе сцепления.
В последнее время широко используют герметичные подшипники, заполненные смазочным материалом, обеспечивающим их работоспособность в течение всего срока службы автомобиля. Размеры выбираемого подшипника определяются конструктивно и в первую очередь зависят от диаметра первичного вала коробки передач.
