Сцепление на вытяжку

Сцепление на вытяжку
В силовых агрегатах Ярославль диафрагменное сцепление уже пришло на смену традиционной конструкции с цилиндрическими пружинами.

Специалисты предрекают традиционному сухому фрикционному сцеплению не очень долгий отрезок оставшейся жизни, но что-нибудь радикально новое пока не предлагается, лишь совершенствуются существующие системы.

Сцепление — один из наиболее консервативных узлов современного автомобиля. Еще с давних времен, после экспериментов с пробуксовкой кожаных ремней на конусных шкивах, человечество пришло к единой схеме — на автомобилях с механическими коробками передач наибольшее распространение получило сухое фрикционное сцепление.
Накладки ведомого диска «американца» напоминают тормозные колодки легкового автомобиля.

Сегодня, наряду со своей главной функцией — соединения и разъединения двигателя и коробки передач, сцепление выполняет и ряд других важных задач. Оно должно обеспечивать мягкое и плавное трогание с места, позволять быстрое переключение передач, препятствовать передаче крутильных колебаний от двигателя в трансмиссию, а также быть износо­стойким и легко заменимым. Сцепление, в котором нажимное усилие создается центральной диафрагменной пружиной, уже давно используется в грузовых автомобилях и автобусах вместо традиционных конструкций с цилиндрическими пружинами, размещенными по периферии. Дело в том, что в процессе эксплуатации сцепления традиционной конструкции изнашивание ведомого диска ведет к значительному снижению нажимного усилия. Как следствие — пробуксовка. В свою очередь диафрагменная пружина при той же величине износа не только не снижает нажимное усилие, а наоборот — наблюдается его некоторое возрастание и лишь потом снижение. Характеристика подбирается таким образом, что ведомый диск начинает проскальзывать еще до достижения предельно допустимой степени износа фрикционных накладок. Тем самым замена узла становится необходимой до появления серьезных дефектов, например повреждения нажимных поверхностей заклепками. А еще среди недостатков сцепления с цилиндрическими пружинами можно упомянуть уменьшение нажимного усилия при увеличении числа оборотов и необходимость в большем монтажном пространстве.
За счет удваивания площади трения двухдисковое сцепление дает возможность передачи увеличенного крутящего момента.

Современная диафрагменная нажимная пружина в свободном состоянии представляет собой тарельчатый диск, по форме напоминающий усеченный конус. От отверстия у вершины конуса идут радиальные прорези, образующие лепестки, именно они и выполняют функцию упругих выжимных рычагов. При выжиме лепесткам корзины требуется свободное пространство, обеспечивать которое конструкторам приходится за счет увеличения высоты кожуха сцепления. Это при условии, что выжимной подшипник перемещается по направлению к маховику. Но изменив направление выжима в сторону коробки передач, где свободного места обычно в достатке, можно применить более тонкую, а значит и более легкую конструкцию кожуха.
Пневмогидравлический усилитель позволяет снизить усилие на педаль.

Обратный выжим — основная особенность сегодняшнего сцепления грузовых автомобилей и автобусов. У этой конструкции есть и еще одно, по всей видимости, главное преимущество: за счет выгодного положения плеча рычагов-лепестков центральной пружины вытяжное сцепление при прочих равных условиях требует приложения меньшего выжимного усилия, чем нажимное. Иными словами, тянуть легче, чем толкать. Но тогда для выжимного подшипника требуется надежная фиксация в центре диафрагменной пружины, а его более сложный монтаж по сравнению с нажимным сцеплением можно признать недостатком. Как нам рассказали специалисты сервисного центра, процедура монтажа подшипника в узле представляет собой достаточно ответственную операцию. Встречающееся на практике внезапное разъединение выжимного механизма чаще всего является следствием неквалифицированного ремонта или использования старого крепежа.

Ведомый диск для грузового автомобиля тоже имеет свои определенные особенности. Как элемент трения, расположенный между маховиком и нажимным диском, он выполняет функцию передачи крутящего момента от двигателя в трансмиссию. Но в отличие от электромоторов или газовых турбин двигатели внутреннего сгорания не отличаются постоянством крутящего момента. А колебания, вызванные часто меняющейся угловой скоростью коленчатого вала и неравномерным распределением нагрузки в трансмиссии, способны вызвать резонанс, который будет причиной повышенного износа деталей. Главная роль в устранении возможных резонансных колебаний отводится гасителю крутильных колебаний, входящему в состав ведомого диска. Этот механизм является обязательной частью сцепления любого автомобиля, а в грузовом варианте он, естественно, усиленный. Во включенном сцеплении крутящий момент вигателя передается от фрикционных накла­-­док к ступице ведомого диска через цилиндрические пружины, которые образуют основную ступень демпфера. Резонансные колебания в трансмиссии приводят к угловому перемещению ведомого диска то в одну, то в другую сторону, заставляя пружины гасителя попеременно сжиматься и разжиматься. Такое движение ведомого диска относительно ступицы сопровождается поглощением энергии крутильных колебаний за счет трения в гасителе. Так как одни лишь цилиндрические пружины не в состоянии поглотить крутильные колебания, для полноценного демпфирования необходимо дополнительное фрикционное устройство. В грузовых автомобилях для этого чаще всего используют стальные пары трения.
Выжимной подшипник находится в постоянном контакте с лепестками диафрагменной пружины.

Существует и еще одна конструкция, призванная значительно снизить колебания, — двухмассовый маховик с внутренним упругим элементом и планетарной передачей. Физические исследования трансмиссии показали, что, изменяя соотношение моментов инерции масс, можно сместить резонансный диапазон числа оборотов. При повышении момента инерционной массы коробки передач резонансное число оборотов, при котором возникают сильные шумы, опускается ниже уровня числа оборотов холостого хода и тем самым выходит за пределы рабочего диапазона оборотов двигателя. Остальное дело техники. Конструкторы разделили маховик на две части, которые соединены между собой через демпферные пружины. В результате у двигателя момент инерции уменьшился, а у коробки передач — увеличился. Данная конструкция уже успела себя зарекомендовать на легковых и некоторых малотоннажных автомобилях (Mercedes-Benz Sprinter, Vito), а компании Sachs и LuK разработали такие модели и для грузовиков. Правда, устанавливаются они пока только в экспериментальном порядке.
Шток рабочего цилиндра сцепления, как правило, имеет регулировку по длине.

Между тем у грузовых автомобилей помимо равномерности работы появилась и более серьезная проблема. Рост крутящего момента современных моторов, используемых в тяжелых грузовиках, привел к тому, что конструктивные возможности однодисковых сцеплений оказались исчерпаны. А увеличивать диаметр диска или усилие нажимной пружины нельзя. И в трансмиссиях тяжелых машин вновь, как в прежние времена, стали появляться двухдисковые сцепления. Одними из первых новые конструкции предложили немецкие компании Valeo, Sachs и LuK. Преимуществом двухдискового сцепления является возможность передачи увеличенного в два раза по сравнению с однодисковым крутящего момента при равной силе прижима. В то же время тепловая напряженность деталей снижена за счет меньшего диаметра дисков. А перегрев, как известно, — главный враг сцепления. Недостатком двухдискового сцепления по сравнению с стандартным однодисковым является увеличенное горизонтальное монтажное пространство и, соответственно, больший вес. Двухдисковое сцепление находит свое применение преимущественно в тяжелых и мощных грузовиках, специальных автомобилях и строительной технике. Но примеров его использования в европейских тягачах немного, так как западные производители в основном используют однодисковые узлы. А на американских грузовиках наоборот — ввиду особых причин используется только двухдисковое сцепление.
В сцеплении с гидравлическим рабочим цилиндром, совмещенным с выжимным подшипником, не требуются шток и рычаг.

Все дело в том, что американская философия в области сцепления, впрочем, как и всей трансмиссии, фундаментально отличается от европейских укладов. Акцент в конструкторских решениях сделан на лишенное излишней чувствительности сцепление с максимально длительным сроком службы. Даже на тяжелых машинах принято обходиться без усилителя в приводе и такая упрощенная конструкция объясняется тем, что сцепление на грузовиках из Нового Света используется только при трогании с места. Консервативные американцы не признают КП с синхронизаторами. Отсутствие этих деталей позволяет в процессе движения осуществлять переключение без выключения сцепления. При необходимости узнать американское сцепление можно по внешнему виду. Характерными чертами являются оригинальные по форме накладки ведомых дисков — в виде сегментов с керамическим покрытием, а также массивный кожух с механизмом вытяжного типа и особая конструкция выжимного подшипника. Любопытно, что между корпусом выжимного подшипника и фланцем КП находится дополнительная деталь под названием тормоз сцепления. Его функция такова: в конце полного хода педали сцепления тормоз, постоянно вращающийся на шлицах первичного вала КП, прижимается переместившимся выжимным подшипником к неподвижной поверхности, останавливая вращение шестерен. Это облегчает переключение передач при неподвижном автомобиле. Сам «тормозок» недорогой, и его можно заменить отдельно, а вот узел сцепления у американских грузовиков принято менять целиком, поскольку ресурс у всех деталей этого узла примерно одинаков. Средняя цена сцепления в сборе — 20 тыс. руб.

В свою очередь европейские производители делают привод выключения сцепления на грузовых автомобилях гидравлическим, дополняя его пневмогидравлическим усилителем (ПГУ). Снижение усилия на педали позволяет облегчить работу водителя. Схема, как правило, стандартна. Под педалью располагается гидравлический цилиндр, а в непосредственной близости от силового агрегата — пневмогидравлический механизм, воздействующий через систему рычагов на выжимной подшипник. Отдельного внимания достоин привод выключения сцепления автомобиля Scania 4-й серии. Это так называемый гидравлический выжим, знакомый, к примеру, по легковым автомобилям Saab. ПГУ совмещен с главным цилиндром под педалью в кабине, а рабочий цилиндр, в который поступает только жидкость, выполнен в виде единого блока с выжимным подшипником. Он расположен в картере сцепления на одной оси со ступицей ведомого диска и диафрагменной пружиной. Поскольку в данной системе используется небольшое количество компонентов (отсутствуют шток и рычаг), она теоретически имеет определенные преимущества по сравнению с обычной схемой. Но, как показала жизнь, система оказалась недостаточно практичной, и на более свежих моделях Scania серии P и R с 2003 г. вновь стала использоваться обычная схема с вилкой сцепления и выносным цилиндром, расположенным на картере сцепления.

Любопытно, что шток сцепления, связывающий ПГУ и рычаг, как правило, имеет регулировку по длине. Изменением его длины удается компенсировать увеличение свободного хода выжимного подшипника при износе ведомого диска. Также по выходу штока из ПГУ косвенно можно судить об износе ведомого диска. Такой способ контроля, к примеру, входит в объем регламентного обслуживания грузовиков Volvo и Scania. А уж если сцепление забуксовало — следует учесть, что это явление прогрессирующее, и тянуть с ремонтом не стоит. Данное правило касается любых типов сцеплений.