Назначение и общие сведения, предъявляемые требования к сцеплениям и их классификация. Страница 2

синтетической органики, кроме арамидов, аримидов, оксалонов. Так, арамидное высокомодульное волокно типа «Кевлар» может выдержать длительно действующую температуру 180°С, а следо­вательно, пригодно для использования в накладках, эксплуати­рующихся преимущественно в легких условиях. Наиболее термо­стойкими являются материалы из синтетических неорганических соединений (стекло, керамика, например, волокно «Саффил» борные и углеродные соединения), из минералов (базальт, волок­но «Франклин», слюда, волластонит) и из металлов и их спла­вов (например, стальное волокно).
Накладки из ФБПМ должны обладать низкой теплопровод­ностью. Среди заменителей асбеста этому требованию не удов­летворяют лишь металлы и их сплавы.
Прочность при повышенных температурах сильно зависит от структуры материала. Так, прочность на разрыв графита 70 МПа, волокон из него — в 30 раз больше, а монокристаллов — в 300 раз больше и достигает теоретической, т. е. прочности межатомных связей. Лишь натуральные и некоторые синтетические волокна имеют прочность ниже, чем у асбеста. Но они имеют существенно меньшую (почти в 2 раза) плотность, влияющую на общую плот­ность накладок. Так, для накладок из ФАПМ р= 1800... 2200 кг/м3, а для накладок с синтетическими волокнами ря^
1500 кг/м3. Поэтому при действии центробежных сил с умень­шением плотности накладок пропорционально растут и допусти­мые нагрузки. Например, известные накладки из ФБПМ для ФС легковых автомобилей не разрываются под действием центро­бежных сил даже при частоте вращения дисков до 18 000 мин-1.
Для производства накладок из ФБПМ стремятся использо­вать традиционную технологию. Поэтому технологические свой­ства заменителей асбеста могут иметь решающее значение при их выборе. Как следует из приведенной классификации, накладки чаще всего формуют в прессах из смесей или делают из нити. На отечественных заводах смесь чаще всего делается в резиносме-сителях, а за рубежом — в специальных ваннах (роллах) с вод­ной взвесью связующих, наполнителей и арматуры. Нить, шнур и т. п. обычно выполняются комбинированными скруткой двух или более нитей из различного материала: неасбестового волок­на, металлической нити, хлопка, вискозы и т. д. Затем скрутка пропитывается связующим и сушится. Для качественного про­ведения этих операций заменитель асбеста должен обладать эластичностью, большой площадью поверхности на единицу объ­ема, хорошей совместимостью (прежде всего адгезией) со связу­ющими, диспергацией в воде.
Достаточной эластичностью обладают металлы и их сплавы и органические волокна, большой площадью поверхности — на­туральные органические волокна. Плохую совместимость со свя­зующими имеют металлы и их сплавы и некоторые синтетиче-

Рис. 1.17. Классификация накладок из ФАПМ
ские материалы из неорганических соединений, в частности уг­леродистые волокна; они же плохо диспергируют в воде. Нако­нец, важное значение при выборе заменителей асбеста имеет их доступность и стоимость. Практически все заменители в на­стоящее время имеют стоимость выше стоимости асбеста и толь­ко некоторые из них производятся в промышленном масштабе.
Поэтому в известных накладках ФС из ФБПМ фирм «Валео», «Портер» (США), «Реймарк» (ФРГ) и других [8, 53, 56, 60] ис­пользуются довольно ограниченной номенклатуры заменители асбеста: стекловолокно, арамидные волокна, базальт, металличе­ское волокно, вискоза, волластонит. Обычно применяют не один материал, а сочетание нескольких материалов в различных со­отношениях.
Однако все отечественные и большинство зарубежных ФС снабжаются накладками из ФАПМ. Из табл. 1.12 следует, что прочность этих накладок имеет тот же порядок, что и прочность спеченных материалов (но ударная вязкость лучших ФАПМ на порядок выше). Это предопределяет многие достоинства таких накладок и ПТ в целом. Значительно меньше и твердость ФАПМ, что исключает такие дефекты, как задиры поверхностей контр­тел, схватывание и т. д. Классификация накладок из ФАПМ приведена на*рис. 1.17.
Типичные формованные накладки состоят из 40... 50% асбес­та, 30... 40% наполнителей, 20... 30% связующего и вулканизую­щей группы. Смесь для формования может готовиться в ролле или в резиносмесителе совмещенным или сухим способом. При совмещенном способе связующее растворяется бензином в при­сутствии всех ингредиентов и вулканизирующей группы, а при сухом способе ингредиенты и связующее смешиваются без раст­ворителей. Затем следует сушка смеси, ее дробление, формова­ние в прессе при повышенных температурах, термо- и механи­ческая обработка. В качестве связующего применяют каучуки, смолы и их комбинации. Формованные накладки на чисто смоля­ном связующем делаются редко в связи с тем, что они склонны к трещинообразованию и имеют в обычных условиях весьма низ­кий коэффициент трения.
Более распространены накладки на каучуковом связующем, например, шифра 31. Они имеют высокий, но нестабильный ко­эффициент трения и применяются в слабонагруженных ФС, где удельная мощность трения iVT.y^:68 Вт/см2, а максимально до­пустимые температуры тЗу=120°С и т}* = 200°С, где Ov, #* — тем­пературы длительного (объемная) и кратковременного (поверх­ностная) воздействия соответственно.
В большинстве отечественных и значительной части зарубеж­ных ФС применяются формованные накладки на комбинирован­ном связующем, например, шифров 86, 82, 17, 56. Они могут ра­ботать при 7VT.y^125 Вт/см2, ф„=*200°С и т}*^350°С.
За рубежом широко применяются формованные накладки (на­пример, шифра 2124 фирмы «Феродо»), полученные в ролле из водной взвеси, содержащей все исходные компоненты. Взвесь дозируют в кольцевую форму, где после удаления воды и сушки она формируется при определенном давлении и температуре. Качество накладок в этом случае определяется не только соста­вом, но и высокой степенью однородности смеси.
Технология изготовления тканых накладок включает: полу­чение нити, изготовление тканой ленты, вырубку кольцевой за­готовки, пропитку связующим, сушку, формование, вулканиза­цию и механическую обработку. Накладки этого типа имеют вы­сокую механическую прочность. Фрикционные и износиые свой­ства могут варьироваться за счет параметров технологического режима, состава пропитки и плотности ткани. Они зависят и от состава (структуры) нити.
Нить изготовляется из смеси хлопка и асбеста; от содержа­ния последнего зависят ее теплостойкость и технологичность. Часто нить армируется проволокой из цветных металлов шщ сплавов. В этом случае резко повышаются износостойкость, ста­бильность фрикционных свойств, прочность и теплостойкость накладок. Они могут работать при #т.у^128 Вт/см2, \V^200°C и #*^350СС. Некоторые накладки фирмы «Феродо» могут рабо-
тать при ■О*^540°С. Отечественная промышленность выпускает такие накладки под шифрами 11 и 12, которые применяются в ФС ГАЗ, Ульяновского моторного (УМЗ) и Запорожского мо­торного (ЗМЗ) заводов.
Навитые накладки делаются из нити, шнура, ленты. В их составе на долю асбеста приходится около 50%, проволоки 10%, хлопка (вискозы) 10%, связующего 10%, наполнителей 5%. Про­цесс их производства включает: изготовление нити (в основном армированной), ее пропитку специальным составом, содержа­щим связующее и наполнители, навивку в кольцевые заготов­ки, сушку заготовок, формование и вулканизацию, механическую обработку. Накладки этого типа обладают разнообразными из-носно-фрикционными свойствами и высокой прочностью в ради­альном направлении. Если навивка эллипсообразная (беспоря­дочная, V-образная), то прочность накладок одинакова по всем направлениям.
Спирально навитые накладки широко применяются в отечест­венных (шифры 62, 98) и зарубежных ФС, особенно легковых автомобилей с высокооборотными двигателями, например в сцеплениях ВАЗ, ЗАЗ, АЗЛК. При увеличении диаметра накла­док становится трудно выдержать требование по неплоскостно­сти и непараллельности их поверхностей, так как они склонны к короблению с течением времени. Указанного недостатка в зна­чительной мере лишены эллипсообразные накладки, которые пригодны для установки практически на все автотракторные ФС. Предел применения навитых накладок ограничен значениями #т.т<135 Вт/см2, 0V<2OO°C и f}*5^300°C. Фирма «Феродо» ре­комендует спирально навитые накладки для работы при ^120... 160°С и Л^т.у^60 Вт/см2, они имеют минимальный из­нос и стабильный коэффициент трения. Подобные свойства эл-липсообразных накладок проявляются при ЛГту^Л20 Вт/см2 и flv<160°C.
Процесс получения прессованных (картонно-бакелитовых) на­кладок включает: приготовление взвеси асбеста в роллах, изго­товление картона на бумагоделательной машине, сушку картона, вырубку кольцевых заготовок, пропитку смолами, горячее фор­мование и механическую обработку. Эти накладки имеют удов­летворительные износные и фрикционные характеристики и ме­ханическую прочность. Отечественная промышленность выпуска­ет накладки из материала шифра 2 для ФС, где Л^т.у^75 Вт/см2, Фг<120°С и т}*^2000°С.
Процесс получения картонных (картонно-латексных) накла­док включает: приготовление водной взвеси асбеста с наполните­лем и связующим, получение картона на бумагоделательной ма­шине, вырубку кольцевых заготовок, их вулканизацию и механи­ческую обработку. Этот процесс очень производителен и эконо­мичен. Современные отечественные накладки из материала шиф-
pa 43 могут работать при iVT.y^60 Вт/см2 и t)v^I20oC, т. е. в легких условиях эксплуатации. Варьируя технологическими па­раметрами и составом смеси, получают накладки с особыми свой­ствами.
Для ФС, работающих в масле, накладки делаются практи­чески из тех же материалов, что и для трения без смазочного материала, но наиболее распространены спеченные, графитосмо-ляные и ФАПМ (формованные, тканые, картонно-бакелитовые). Трение в масле предопределяет следующие особенности свойств ПТ: низкий коэффициент трения, высокую теплостойкость и низ­кий темп изнашивания.
Наиболее высокий коэффициент трения (0,08... 0,11) имеют ПТ с картонно-бакелитовыми (или бумажными), графитосмо-ляными и ткаными накладками. Они же, особенно графитосмо-ляные, обладают и наибольшей долговечностью. Наибольшие нагрузки способны выдерживать графитосмоляные и формован­ные накладки, у которых соответственно iVT.y^350 Вт/см2 и iVT.y^315 Вт/см2. Спеченные накладки и накладки из ФАПМ на смоляном связующем могут работать при iVT.y^230 Вт/см2, а тка­ные— до ЛГТ.У^160 Вт/см2.
Продукты изнашивания ухудшают свойства масел. В наимень­шей степени это относится к графитосмоляным материалам, представляющим собой сухую смесь графита, смолы и наполни­телей, соединенных в композицию под высоким давлением.
Упругие ведомые диски
Упругие ведомые диски (УВД) обладают повышенной осе­вой податливостью. Фирма «Фихтель и Сакс» указывает, что для получения ощутимого эффекта разность между толщиной УВД в свободном состоянии h2 и под нагрузкой Л3 должна быть не менее 0,6 мм. В отечественных ФС она лежит в пределах 0,45... 1,0 мм.
По сравнению с жесткими ВД упругие диски сложнее по кон­струкции, имеют несколько больший момент инерции и требуют большего отвода нажимного диска, а следовательно, и усилия на педаль при выключении ФС. Тем не менее УВД применяют­ся в ФС всех легковых автомобилей и на значительной части грузовых автомобилей и легких тракторов. Сфера их использова­ния все более расширяется, так как при этом повышается долго­вечность ПТ, улучшается комфортабельность машин, увеличива­ется долговечность деталей трансмиссии.
Первое преимущество является следствием более равномер­ного прилегания накладок к контртелам. Даже тогда, когда контртела (прежде всего нажимной диск) деформированы, нор­мальное контактирование в ПТ с УВД практически не нарушает­ся благодаря повышенной податливости системы диск — наклад-
ка. При этом сохраняются и фрикционные свойства ПТ, прежде всего абсолютное значение момента трения 7WT. Напротив, в ПТ с жестким ВД в случае коробления нажимного диска, особенно когда высота по внутреннему диаметру становится больше вы­соты по наружному диаметру, момент трения резко изменяется.
Увеличение площади контактирования в ПТ с УВД соответ­ственно снижает и уровень теплонапряженности, что дает второе слагаемое и увеличивает срок службы ПТ. Наконец, при наличии упругости в системе накладка — диск — накладка снижаются тре­бования к согласованности темпа включения ФС с необходимой частотой вращения коленчатого вала двигателя. Как правило, это приводит к тому, что трогание машины с места осуществляется при более низкой частоте вращения вала двигателя. Это дает третье слагаемое в увеличении срока службы ПТ.
Технологически трудно обеспечить отсутствие биения рабочих поверхностей маховика, нажимного диска и ВД. Поэтому при включении ФС усилие РНж изменяется с частотой, равной частоте буксования ПТ. Такова одна из причин возникновения вибраций в трансмиссии и появления неприятных ощущений у водителя и пассажиров. При применении УВД эти явления менее заметны, так как он в определенной мере компенсирует колебания усилия Рит, что приводит к улучшению комфортабельности машины. При резком включении ФС упругие элементы выполняют роль аморти­заторов. Поэтому амплитуда Мь в трансмиссии и долговечность ее деталей значительно выше, чем при использовании ФС с жест­ким ВД.
Можно выделить три основных способа создания осевой уп­ругости системы: обе накладки соединяются с диском-держате­лем через упругие элементы; одна накладка связана с диском-держателем через упругие элементы; накладки соединены с дис­ком-держателем жестко, а упругость ВД обеспечивается конст­руктивно.
Два первых способа наиболее распространены при кольце­вых накладках, причем конструктивное оформление УВД весьма разнообразно. ФС легковых автомобилей чаще имеют УВД с пружинными элементами специального профиля, работающими так же, как плоские пружины (рис. 1.18, а).
Каждая накладка 3 прикреплена к стальному основанию 1 диска-держателя, обращенному выпуклостью вверх.
УВД типа «Дантель» выпускается фирмой «Валео» (модели Н, К, R, G) и применяется в сцеплениях ВАЗ; подобные УВД у модели Е фирмы «Фихтель и Сакс». Фирма «Валео» ука­зывает, что при наружном диаметре накладок D„<^350 мм такая конструкция предпочтительнее, а для накладок с -DH>350 мм лучше использовать пружинные элементы 4 (рис. 1.18, б), при­крепленные к диску-держателю. Однако фирмы «Фихтель и Сакс» (модель В) и АП применяют диски типа показанных на

Рис 1.18. УВД различных типов:
а — «Дантель»; б — «Планета»  или  «Борглит»; в — автомобилей УАЗ;  / — диск-держа­тель; 2 —заклепки; 3 — фрикционные накладки; 4 — пластинчатая пружина
рис. 1.18, а, на всех ФС, так как они имеют меньший момент инерции. УВД этого типа выпускает фирма «Валео» (модель Т, L); они применяются в ФС ЗАЗ, АЗЛК, комбайна «Дон» и др. Фирма «Фихтель и Сакс» выпускает УВД модели D, у которых для повышения плавности включения к диску-держателю при­клепано по два пружинных элемента.
При втором способе создания упругости (рис. 1.18, в) к плос­кому диску-держателю 1, наружная часть которого разделена радиальными пазами на несколько секторов, крепятся заклеп­ками 2 с одной стороны накладка 3 (жесткий стык); с другой — плоские пружины а к ним — другая накладка 3 (упругий стык).
Такие УВД выпускаются фирмой «Фихтель и Сакс» (модель Z) в основном для грузовых автомобилей и тракторов. Их при­меняют в ФС автомобилей ГАЗ и Ульяновского автозавода (УАЗ), тракторов МТЗ-80/50 и Владимирского тракторного за­вода (ВТЗ)—Т-30 и др. Ранее отмечалось, что спеченные и не­которые другие накладки применяются в виде секторов, пуговиц и подобных элементов. Для них все описанные способы создания
Рис. 1.19. УВД с секторными на­кладками:
/ — ступица; 2 — плоские пружины; 3 секторные накладки
осевой податливости прак­тически непригодны, и она осуществляется конструктив­но. Так, фирмой «Бендикс» (Великобритания) разрабо­тан УВД, где до приложе­ния осевой нагрузки рабо­чие поверхности соседних фрикционных элементов на­ходятся в различных плоско­стях. При включении ФС элементы ПТ устанавлива­ются в одну плоскость — упругую, изгибаясь нижней частью диска относительно бурта ступицы. Недостаток этого диска — сложность изготовления из-за применения разнотолщинных сек­торов—устранен в конструкции УВД (А. с. 792005 СССР), в котором упругость создается (рис. 1.19) путем крепления сектор­ных упругих элементов с обе:!х сторон диска.
Упругие элементы УВД (плоские пружины) обычно изготов­ляют из высокоуглеродистых, марганцовистых сталей 65Г, 85 и др. После вырубки их подвергают закалке в масле и отпуске в штампе до 40... 48 HRC3.
Упругие свойства ВД ухудшаются в процессе работы сцепле­ния. Из рис. 1.20 видно, что разность h2—Лз, определяющая осе­вую податливость, резко уменьшается в начальный период рабо­ты и далее монотонно до полного износа накладок ФС. На этом графике 32 000 включений эквивалентны пробегу 50... 100 тыс. км в условиях, близких к тяжелым (например, работа в карьерах,
крупных городах с часты-hz-h3fMM ми остановками).

Демпферы
Демпферы угловых (крутильных) колебаний устанавливают между ВД ФС   и его   ступицей во
Числе включений ФС, тыс
Рис. 1.20. Динамика изменения 31 осевой податливости УВД «Ва­лео», модель К

многих случаях. Такие ВД были показаны на рис. 1.13, 1.18, в и др.
Основным назначением упругодиссипационных демпферов, встроенных в ВД, является снижение уровней крутильных коле­баний в трансмиссиях, вызванных неравномерной работой порш­невого двигателя. Это осуществляется за счет упругофрикцион-ных свойств демпферов. Кроме того, они способствуют уменьше­нию уровней вибрации в трансмиссии. Они также оказывают некоторое влияние на снижение динамических нагрузок в транс­миссии, вызываемых включением ФС или резким торможением машины с невыключенным ФС.
Введение демпфера в ВД позволяет частично или полностью компенсировать линейную и угловую несоосности коленчатого вала двигателя и первичного вала коробки передач, приводящих к большему изнашиванию ПТ ФС.
Основными частями демпферов являются упругий элемент, обеспечивающий угловое перемещение ступицы ВД относительно его диска-держателя, и диссипационный элемент. В зави­симости от последних демпферы подразделяют на упругофрик-ционные гидравлические и резинометаллические. В упруго-фрикционных демпферах используются либо цилиндрические винтовые пружины, либо пластинчатые, а также элементы тре­ния, имеющие поверхности без смазочного материала. В гидрав­лических демпферах упругими элементами также являются пру­жины, а рассеивание энергии осуществляется за счет гидравличе­ских потерь при перетекании жидкости через жиклеры в процессе колебаний плунжера относительно цилиндра. В резинометалли-ческих демпферах резина является как упругим, так и диссипа-ционным элементом: здесь рассеивание энергии осуществляется за счет внутренних сил трения в резине.
Гидравлические демпферы в ФС тяговых и транспортных ма­шин практически не применяются ввиду их сложности, недоста­точной надежности и трудности в создании необходимых рабо­чих характеристик при ограниченных габаритах.
В последнее время получили некоторое распространение ре­зинометаллические демпферы, упругодиссипационные характе­ристики которых определяются внутренними свойствами резин, конфигурациями резинового элемента и границами его деформи­рования. Одна из наиболее простых конструкций такого демпфе­ра показана на рис. 1.21. Резиновый элемент 2 установлен в ок­нах, расположенных по окружности в ВД. Существенным недостатком резинометаллических демпферов является их огра­ниченная долговечность и нестабильность упругодиссипационных характеристик во времени, которые вызваны неблагоприятными условиями работы резины (попадание масла на резиновый эле­мент и его нагрев вследствие буксования ФС и внутреннего тре­ния).



1 A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z 
А Б В Г Д Е Ж З И К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я