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

действия пружин 6. Пружины при этом сжимаются, но в связи с уменьшением угла а осевая составляющая Рнж также уменьша­ется, как показано на рис. 1.27, б. При износе накладок ведомых дисков 7 нажимной диск J и муфта 4 перемещаются к маховику 8; общее усилие пружин уменьшается, но так как угол а увеличи­вается, то соответственно увеличивается и осевая составляю­щая Рнж.
Из сравнения характеристик этого и обычного ФС видно, что нажимное усилие пружин практически не изменяется в течение всего срока службы; усилие выключения РВык У ФС с автомати­ческой регулировкой значительно меньше.
Усложнение конструкции и связанные с ним расходы в произ­водстве в определенной мере компенсируются снижением эксплу­атационных расходов. Тем не менее основная доля ФС относится к категории нерегулируемых. В ФС с винтовыми пружинами РНж обычно не регулируют, чтобы избежать увеличения расходов в производстве и эксплуатации, а ФС с разрезными тарельчатыми пружинами имеют нелинейную характеристику (см. рис. 1.6), позволяющую поддерживать рабочие нажимные усилия в преде­лах Рнж.раб...РНж.тах при регламентированном износе ААиз-
1.4. СЦЕПЛЕНИЯ, РАБОТАЮЩИЕ В МАСЛЕ
Одним из основных преимуществ ФС, работающих в масле («мокрых»), по сравнению с «сухими» ФС, является их надеж­ность и долговечность, отсутствие частых эксплуатационных ре­гулировок. Это связано с меньшим изнашиванием ПТ, лучшим отводом теплоты от них и большей стабильностью их коэффици­ентов трения.
Применение смазывания ПТ ФС уменьшает их коэффициент трения до 0,07...0,09 вместо 0,25...0,3 у сухих ФС, но при этом по­зволяет почти десятикратно увеличить давление на них и при­мерно в 2 раза сократить площадь контакта дисков из-за наличия канавок на их поверхности.
Смазывание ПТ ФС качественно меняет и трибологические процессы при буксовании «мокрых» ФС, обеспечивая жидкостное и полужидкостное (граничное) трение. Под последним обычно понимают такой режим работы мокрого ФС, когда трущиеся по­верхности ПТ разделены тончайшей масляной пленкой (толщи­ной менее 0,1 мкм), фактически на молекулярном уровне, препят­ствующей непосредственному контакту ПТ. Этим обеспечивается малое изнашивание ПТ при высоких усилиях сжатия и постоян­ный их коэффициент трения. Увеличение толщины разделитель­ной масляной пленки ведет к нежелательному снижению коэффи­циента трения, а ее разрыв — к резкому увеличению изнашивания ПТ. Следовательно, положительные качества мокрых ФС зави­сят от определенных внешних условий, обеспечивающих именно
граничное трение на фрикционных парах, что неизбежно ведет к существенному усложнению конструкции мокрых ФС по сравне­нию с сухими.
Повышенная сложность мокрых ФС предопределила более широкое применение сухих ФС, отличающихся относительной конструктивной простотой и достаточной надежностью работы в прошлые годы, когда энергонасыщенность тракторов и других тяговых машин и их рабочие и транспортные скорости резко от­личались от современных.
Вместе с тем опыт эксплуатации сухих ФС показал, что они имеют ряд недостатков, обусловленных главным образом непо­стоянством коэффициентов трения при изменениях температур ПТ и их повышенным износом, связанным с ростом энергонасы­щенности машин.
Непрекращающийся поиск наиболее долговечных фрикцион­ных материалов, совершенствование конструкций сухих ФС и другие научные исследования, проводимые в нашей стране и за рубежом, значительно повысили их ресурс; особенно это косну­лось ФС для сельскохозяйственных тракторов, комбайнов, лег­ковых и большинства грузовых автомобилей. Одновременно стало выясняться, что для тяжелых промышленных тракторов, вследствие специфики их работы и повышенных сил тяги, сухие ФС не могут обеспечить при заданных геометрических размерах необходимой долговечности ПТ.
Отсюда правомерен все нарастающий интерес к применению на мощных тракторах мокрых ФС, потенциально более надеж­ных и долговечных, о чем было сказано ранее. В автомобилях их использование весьма ограничено.
Тенденция повышения энергонасыщенности и тяги тракторов, особенно промышленных, четко прослеживается и в том, как рас­тет количество зарубежных патентов мокрых ФС по десятилети­ям, начиная с 30-х годов. Если в 30-е и 40-е годы были зарегист­рированы соответственно только один и три патента и все они были американских фирм, производящих ФС, то в 50-е гг. появи­лись 34 патента Великобритании и 40 — Франции. Значительный рост числа патентов прослеживается в 60-е гг., когда во всем мире начался период более резкого роста энергонасыщенности тракторов и других тяговых машин. Особенно большое число па­тентов зарегистрировано в 70-е гг.— 41, и среди них появились патенты ФРГ, Японии и других стран. В начале 80-х годов также появились новые патенты в ФРГ и США.
Наибольшее число патентов в области создания мокрых ФС имеет фирма «Борг Уорнер» (США), разработавшая разнообраз­ные их конструкции, включая успешно применяемый унифициро­ванный ряд мокрых ФС «Рокфорд Клач».
Фирмы «Катерпиллер» и «Джон Дир» (США) на все выпу­скаемые тракторы с механическими трансмиссиями устанавлива-
ют мокрые ФС с дисками одинакового диаметра, число которых зависит от передаваемого крутящего момента. Фирма «Лайп Рол-лвей» (США) изготовляет мокрые ФС диаметром от 300 до 380 мм пяти типоразмеров. По данным фирмы, долговечность этих ФС примерно в 30 раз больше, чем у сухих ФС того же ти­поразмера. Вопросами совершенствования подачи масла в зону трения мокрых ФС занимаются фирмы «Дженерал моторе», «Дэй-на» (США) и др.
Ведущей западногерманской фирмой по разработке и произ­водству сухих и мокрых ФС является фирма «Фихтель и Сакс», совершенствующая в основном способы подвода масла в зону трения. Разработкой мокрых ФС занимаются также «Даймлер Бенц», «Зюдойч Кюхль-фабрик» и другие фирмы ФРГ.
В Великобритании фирмами, владеющими патентами по мок­рым ФС, являются «Дэвид Браун» «Аутомотив Продактс» и «Г. К. Н. трансмишн», также совершенствующие подачу масла в зону трения.
Японские фирмы «Нисан Мотор», «Дэйкин Сейсакушо» и «Ей-син Сейкин Кабушики Каиша» тоже работают над совершенст­вованием подачи масла в зону ПТ, от которой в значительной сте­пени зависит надежная и долговечная работа мокрого ФС.
Использование масла в мокром ФС, выполняющего функции жидкостного охлаждения и смазывания ПТ, влечет за собой по­явление целого комплекса проблем, которые в большей или мень­шей степени влияют на надежность самого ФС. К ним в первую очередь надо отнести подбор фрикционных материалов ПТ, спо­собы их охлаждения и смазывания и ряд других, включая спо­собы, обеспечивающие «чистоту» размыкания дисков и повышаю­щие надежность применяемых уплотнений.
Следует отметить, что применение мокрых ФС стало возмож­ным только после создания фрикционных материалов, стойких к воздействию масла.
Наиболее высокой стойкостью к минеральным маслам обла­дают спеченные материалы, пористая структура которых способ­ствует адсорбированию и удержанию масляной пленки, обеспе­чивающей граничное трение во фрикционной паре.
Из асбофрикционных материалов на органическом связую­щем для работы в масле используются в основном эластичные тканые материалы с масляной пропиткой, пластмассы и фрик­ционные материалы на комбинирующем связующем.
Иногда в мокрых ФС применяются чисто металлические фрик­ционные пары, поверхность трения которых сульфацианируется для улучшения противозадирности и прирабатываемости. а так­же для повышения износостойкости и усталостной прочности.
Основные фрикционные материалы, применяемые в мокрых ФС, а также принципиальные конструктивные решения доста­точно подробно рассмотрены ранее.
Для правильной оценки мокрых ФС необходимо указать, что их преимущества реализуются только в определенном диапазоне температур на ПТ. Повышение температуры выше определенно­го предела резко отрицательно сказывается на материалах ПТ и состоянии масляной разделительной пленки. Металлические фрикционные диски начинают подвергаться короблению, усадке, растрескиванию и схватыванию. Фрикционные материалы других композиций начинают выкрашиваться, происходит их «золочение» и разъединение.
Разложение масла приводит к загрязнению ПТ, уменьшению их пористости и уменьшению проходных сечений канавок для ох­лаждения и смазки.
Таким образом, тепловой режим мокрого ФС является одним из важнейших факторов его надежности и долговечности, ста­бильность которого зависит в основном от системы подачи масла на ПТ для их охлаждения и смазывания.
Четкой классификации конструкций системы охлаждения и смазывания поверхностей трения мокрых ФС пока нет. Однако анализ патентной деятельности зарубежных фирм и небольшого еще опыта отечественного конструирования, проводимого в НПО ИАТИ и СКБ по сцеплениям и гидротрансформаторам, позволяет наметить основные ее ориентиры: по месту подвода масла в зону трения; по месту действия системы охлаждения и смазывания; по способу подачи масла в зону трения; по направлению подачи масла; по характеру подачи; по способу охлаждения масла и по форме масляных канавок на поверхностях трения, имеющих су­щественное влияние на их охлаждение и смазывание.
Подвод масла в зону трения возможен от ведущих деталей ФС, от ведомого вала и от МВ.
По месту действия системы охлаждения и смазки все сущест­вующие мокрые ФС имеют сухой или мокрый картер.
По способу подачи масла в зону трения, являющемуся основ­ным конструктивным признаком системы охлаждения и смазы­вания, различают подачи с помощью системы разбрызгивания, трубок Пито и насосов. Разбрызгивание может осуществляться различными способами: простым погружением деталей ФС в мас­ло либо с использованием приспособлений, обеспечивающих улавливание разбрызгиваемого масла и направления его на ПТ. Трубки Пито служат для непосредственной подачи масла к фрик­ционным дискам ФС и для вывода масла из рабочего картера в масляный резервуар, из которого оно посредством других при­способлений подается в зону трения.
Больше половины конструкций систем охлаждения и смазы­вания мокрых ФС содержат масляные насосы. Их привод осуще­ствляется или от ведущих деталей ФС, или они независимы (мо­гут быть использованы насосы смазочных систем двигателя или коробки передач).
По направлению подачи масла различают системы с подачей его от внутреннего диаметра ВД к внешнему, в обратную сторо­ну или комбинированные, когда масло вначале подается внутрь ФС, а затем под действием центробежных сил вновь отбрасыва­ется наружу.
По характеру подачи встречаются системы с прерывным или непрерывным потоком масла в зону трения. В первом случае масло подается только в момент включения или только в выклю­ченном состоянии ФС; во втором масло течет постоянно или в определенный период работы ФС.
По способу охлаждения масла различают системы с охлаж­дением в маслосборнике ФС, маслосборниках двигателя и короб­ки передач, в водяном радиаторе, а также в маслосборнике кар­тера за счет системы охлаждения двигателя.
По форме масляных канавок на поверхностях трения их ри­сунок бывает спиральным, радиальным, спирально-радиальным, наклонным, тангенциальным, концентрическим, сетчатым («брил­лиантовым», типа «квадрат», дифференциальным), в виде отвер­стий и др. Иногда используются поверхности трения без канавок для охлаждения и смазывания.
Ниже приводится описание нескольких наиболее типичных конструкций систем охлаждения и смазывания мокрых ФС, по­ясняющих их подразделение по основному конструктивному при­знаку— способу подачи масла в зону трения.
На рис. 1.28 представлено мокрое ФС (пат. 4023661 США) фирмы «Дейна», работающее по системе разбрызгивания масла направленным потоком.
Подвод масла в зону трения осуществляется при помощи спе­циальных трубчатых черпаков 1, равнорасположенных по пери­ферии нажимного диска 2. Картер 3 мокрый, в нем помещается масло 4, частично охлаждаемое в радиаторе 5 с гофрированными стенками и охлаждающими ребрами 6.
При работе двигателя нажимной диск, вращаясь, своими черпаками вгоняет масло в их заборное отверстие 10 и далее по каналам // подает его в кольцевые полости, об­разуемые внутренней поверхностью нажимного диска и сталь­ными дисками-держателями 8 ВД. Равномерность распределе­ния масла по ПТ обеспечивается системой отверстий 9 в дисках-держателях 8. Под действием центробежных сил масло протека­ет по канавкам накладок ВД, смазывает и охлаждает их поверх­ности трения и далее сбрасывается на внутренние поверхности стенок картера. Стекая по последним в маслосборный поддон картера, часть масла через маслоулавливатель 7 попадает в ох­ладительный радиатор 5.
Недостатками данной конструкции являются сложная форма нажимного диска и отсутствие фильтрации масла от продуктов изнашивания ПТ.

На рис. 1.29 представлено мокрое ФС (пат. 3474888 США) фирмы «Мак Трак» с трубками Пито для подачи масла в зону трения.
На маховике 1 двигателя закреплен кольцеобразный масло­сборник 2. В верхней части картера 4 ФС неподвижно закрепле­на трубка Пито, нагнетательный конец 3 которой входит в желоб маслосборника 2. При вращении маховика / масло, захваченное маслосборником 2 в нижней части картера 4, под действием цен­тробежных сил попадает в маслоприемный нагнетательный ко­нец 3 трубки Пито и далее через гибкий шланг 5—в распреде­лительную камеру 6. Под действием давления, создаваемого в камере 6, масло через два отверстия 7 поступает в кольцевой зазор между ведомым валом 8 ФС и расточкой кронштейна 9 крепления корпуса МВ 10, Далее масло проходит во внутреннюю кольцевую полость на барабане 17 крепления ВД, откуда оно через направляющие сопла 18 подается для охлаждения и смазывания ПТ. Пройдя ПТ, масло поступает во внутреннюю полость бара­бана 16 ведущих дисков и через отверстия 15 под действием цен­тробежных сил выбрасывается вблизи наружного края желоба
2 3 4 5

Рис. 1.29. Мокрое ФС фирмы «Мак Трак» Рис. 1.30.   Мокрое ФС
фирмы     «Фихтель и Сакс»
маслосборника 2. Там масло изменяет направление движения, попадая на наружную сторону барабана 16, откуда сбрасывает­ся направляющей ребордой в картер ФС.
Следует отметить, что масло циркулирует только в периоды выключения и включения ФС. При включении ФС уровень масла 13 в поддоне картера ниже наружного диаметра маслосборни­ка 2, как показано на рисунке, вследствие чего масло не забира­ется и основной его объем не участвует в работе и не подверга­ется дополнительному нагреву. Это способствует повышению сро­ка эксплуатации масла.
Для создания необходимого уровня масла (по стрелке 14), чтобы маслосборник мог его захватить, установлена гидропнев­матическая камера 11 с разделительной диафрагмой и отжимной пружиной (не показанных на рисунке). При отсутствии давления воздуха, подаваемого по трубке 12, пружина, воздействуя на диафрагму, производит всасывание масла в гидравлическую по-
лость камеры из поддона картера до ранее указанного нижнего уровня. Подача воздуха в пневматическую полость камеры для вытеснения масла и его подъема до верхнего уровня, отмеченного стрелкой 14, синхронизирована с управлением ФС.
На рис. 1.30 показано мокрое ФС (пат. 3127875 ФРГ) фирмы «Фихтель и Сакс». Для подачи масла в зону трения внутри кар­тера ФС установлен масляный насос с приводом от нажимной разрезной тарельчатой пружины /.
Конструкция ФС имеет систему управления масляным пото­ком, состоящую из шестеренного насоса 2, распределительного золотника 6 и направляющей 4. Золотник 6 расположен на выхо­де масла из насоса и имеет пневматическое управление от спе­циального устройства 7 электрического типа.
Масло подается тогда, когда нога водителя нажимает педаль ФС, на которой установлен контакт устройства 7.
Масло из поддона картера ФС всасывается по трубопроводу
3 насосом 2 к золотнику бив зависимости от состояния послед­него подается на направляющую 4 и далее на поверхности тре­ния ВД 5 или сразу на слив в поддон картера ФС.
На рис. 1.31 показана одна из последних моделей мокрого ФС фирмы «Борг Уорнер» (пат. 4280608 США), имеющего комбини­рованную подачу масла в зону трения и сухой картер.
По периферии диска-держателя / ВД сделаны фасонные на­клонные прорези 2 и специальные выступы 3 с улавливателями
4 для захвата масла. На образованных лепестках диска закреп­лены спеченные накладки в виде отдельных сегментов 5, с масля­ными канавками типа «квадрат».
В момент включения ФС и пробусковывания его дисков ВД вращается медленнее ведущих дисков и 10, вследствие чего происходит захват масла улавливателями 4 и направление его по прорезям 2 от наружного диаметра накладок к внутреннему. По­пав во внутреннюю полость дисков, масло под действием цент­робежных сил поступает в канавки сетчатой нарезки накладок, смазывает и охлаждает поверхности трения и выбрасывается на­ружу—внутрь кожуха ФС. Кожух ФС состоит из двух частей А я В, представляющих собой одно целое. Масло заливается в кожух через отверстие, закрытое резьбовой пробкой 7, и при вра­щении ФС распределяется в виде кольца, как показано на рисун­ке, чему способствуют направляющие выступы 6. К кожуху кре­пятся сменные инерционные грузы 8, которые соединены с ве­дущим валом 9 и заменяют общепринятый в узле ФС махо­вик.
Управление ФС гидравлическое. Выжимной подшипник 12 ус­тановлен на поршне 13 гидроцилиндра 14, жидкость в который подается от устройства 15 при нажатии на педаль 16 управле­ния ФС.

Рис. 1,31. Мокрое ФС фирмы «Борг Уорнер»
На рис. 1.32 показаны формы масляных канавок, наиболее часто используемых во фрикционных дисковых узлах трения мок­рых ФС.
Применение гладких фрикционных дисков при работе в мас­ле не позволяет получить высокие коэффициенты трения на фрик­ционных парах, так как выдавливание смазочного материала из их контактирующих поверхностей затруднено.
Радиальные канавки (рис. 1.32, а) обеспечивают обильную подачу масла на поверхность трения и высокую износостойкость накладок, но из-за гидродинамического масляного клина умень­шают передаваемый крутящий момент.
Накладки со спиральными канавками (рис. 1.32, в) имеют вы­сокий коэффициент трения при небольших износах. Нарастание крутящего момента, передаваемого таким ФС, происходит зна­чительно быстрее, чем при любом другом виде нарезки канавок. Они обеспечивают устойчивую масляную пленку, отвечающую режиму граничного трения, но не в полной мере отвечают требова­ниям удаления продуктов изнашивания и охлаждения ПТ.
Более целесообразным является сочетание радиальных и спи­ральных канавок (рис. 1.32,ж). Направленные противоположно


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