Назначение и общие сведения, предъявляемые требования к сцеплениям и их классификация

Однодисковое автопогрузчиков
можно свести до минимума объем регулировочных работ или исключить их совсем.
Необходимость ремонта вызывается достижением предельно­го состояния детали (поломка, износ, сквозные трещины и др.). Чаще всего в ФС заменяют: фрикционные накладки и ступицы у ВД, подшипники MB и ВД, детали механизма выключения.
Для ФС тяговых и транспортных машин экономически выгод­но, чтобы долговечность их основных узлов и деталей была равна сроку службы двигателя до капитального ремонта. Из табл. 1.1 видно, что эти цели еще не достигнуты. Поэтому в нормативно-технической документации часто предусматривается в течение заданного срока службы 1...2 замены ВД, шлифование нажимно­го и промежуточного дисков и др.
Надежность ФС во многом предопределяется выбором его основных размеров. Стремление уменьшить массу и габариты не должно быть самоцелью. Фрикционное сцепление работает в системе «двигатель—трансмиссия», и ее основные параметры должны находиться в определенном соответствии.
В качестве одного из критериев нагруженности ФС принима­ют отношение максимального крутящего момента двигателя Мдтах к площади накладок ФС Аы. Анализ показывает, что за 50 лет этот критерий вырос в ФС легковых автомобилей в 1,8...2,5 раза, грузовых автомобилей — в 1,3... 1,6 раза, тракторов —в 1,3... 1,5 раза. Учитывая, что долговечность современных ФС в 3...4 ра­за выше, чем 50 лет назад, можно сделать вывод о значительном прогрессе в развитии их конструкций и материалов.
Условия труда водителя определяются его ощущением и за­тратами усилий на управление ФС. Неприятные ощущения, свя­занные с работой ФС, возникают обычно при трогании машины с места от крутильных колебаний трансмиссии и нарушения плав­ности хода, т. е. от резкого изменения ускорений. Этот дефект
принято называть «дерганием» машины. Он возникает тогда, когда частота возмущающих воздействий приближается или совпадает с низшей частотой собственных колебаний трансмис­сии, которая обычно равна 10... 12 Гц. Частота колебаний при «дергании», как правило, равна частоте вращения коленчатого вала. Источниками этих воздействий могут быть: несоосность ведущих и ведомых частей ФС, попадание масла на поверхно­сти трения, неисправности в системах питания и зажигания дви­гателя, т. е. факторы, нарушающие равномерную передачу кру­тящего момента.
Усилия водителя на управление ФС определяются работой, затрачиваемой на единичное включение-выключение, умножен­ной на число таких операций за определенный период времени (или пути). Последнее зависит от условий эксплуатации и ква­лификации водителя и может изменяться в 10 и более раз. Ра­бота Lbhk, затрачиваемая на выключение ФС, обычно больше работы LBK на его включение, так как потери в приводе состав­ляют 20...50%. Большая цифра относится к механическим при­водам с небольшим КПД. Применительно к ФС легковых авто­мобилей обычно считают, что легкость управления определяется усилием на педали Рп, ходом педали su (см. рис. 1.1) и равно­мерностью включения. Если два последних параметра приемле­мы, то при Рп^110 Н управление считается легким, при Рп=^ ^ 160 Н —средним и при Рп>160 Н — тяжелым. В этих случа­ях 5П=0,065...0,14 м, a LBbm (без учета привода) будет состав­лять 11...26 Дж. Применительно к тракторам рекомендуется sn~0,15 м и Рп=60...120 Н, где меньшая цифра относится к ФС непостоянно замкнутого типа. Для грузовых автомобилей Рп^150 Н (если привод с усилителем) и Рп^250 Н (без уси­лителя). При этом sn~0,2 м и предельное значение LBbm не должно превышать 30 ... 50 Дж.
Согласно требованиям охраны окружающей среды, во вре­мя работы ФС не должна выделяться пыль и не должен появ­ляться неприятный запах, так как полностью герметизировать картер и кабину (салон) машины не всегда возможно и целесо­образно. Установлено, что пыль, представляющая собой продук­ты изнашивания накладок на асбестовой основе, содержит канцерогенные вещества. Например, на 1 км пути легковой авто­мобиль выделяет от изнашивания накладок тормозов и ФС око­ло 18 мг асбеста, который попадает в окружающую среду и оста­ется в виде пыли непосредственно в кузове автомобиля. В связи с общим расширением мер по охране окружающей среды в СССР и других странах проводятся работы по замене асбеста. При про­ектировании ФС следует учитывать эту тенденцию.
Оптимальность технико-экономических показателей достига­ется сочетанием высокого качества ФС с минимальными затрата­ми на их изготовление. В производстве  ФС нормативно-чистая
продукция составляет значительную часть, так как доля покуп­ных изделий (накладки, подшипники) невелика. Показатель нормативно-чистой продукции зависит от организации производ­ства, конструкции ФС и технологии их изготовления. При опре­деленном уровне качества изделий все экономические показате­ли растут, если производство носит массовый характер, конструк­ции узлов и деталей технологичны и унифицированы, а материалоемкость и число деталей минимальны.
К конструктивным требованиям следует отнести: необходи­мость обеспечить «чистоту» выключения ФС, уравновешенность его вращающихся деталей и малый момент инерции его ВД. Под «чистотой» выключения ФС подразумевается отсутствие поводко­вых моментов на ПТ, приводящих к дополнительному их нагреву и истиранию, а также к затруднению переключения передач. Уравновешенность ФС исключает возникновение нежелательных радиальных сил, препятствующих нормальному функционирова­нию нажимного механизма. Малый момент инерции ВД способ­ствует более быстрому выравниванию окружных скоростей шес­терен с целью безударного переключения передач.
В последующих разделах рассматривается соответствие суще­ствующих конструкций ФС и изложенных требований.
Наиболее полная классификация ФС и их элементов приведе­на на рис. 1.2.
1.2. ОДНОДИСКОВЫЕ СЦЕПЛЕНИЯ
На первых тяговых и транспортных машинах применялись ФС с барабанной и конусной формой трущихся поверхностей, но с началом массового производства они были вытеснены дис­ковыми ФС, у которых в настоящее время и в обозримом буду­щем нет конкурентов. Поэтому в дальнейшем рассматриваются только ФС с этой формой ПТ. Среди них наибольшее распро­странение имеют однодисковые ФС, основные части и назначе­ние которых кратко были рассмотрены на рис. 1.1.
В нажимных устройствах ФС для создания силы РНж, как вид­но из рис. 1.2, могут использоваться различные способы. Однако механический способ остается наиболее распространенным бла­годаря простоте и надежности.
В зависимости от конструкции механических нажимных уст­ройств, обусловливающей состояние ФС в большую часть време­ни, они подразделяются на постоянно и непостоянно замкнутые. Непостоянно замкнутые ФС, обычно рычажного типа, применя­ются на тракторах, экскаваторах и строительно-дорожных маши­нах. Механизмы включения этих ФС бывают жесткими и с ком­пенсационными пружинами, которые позволяют практически избежать снижения силы Рн при изнашивании накладок. Приме­ры различных конструкций, а также параметры отечественных и

зарубежных непостоянно замкнутых ФС приведены в работах [8, 55]. Поэтому в дальнейшем нами рассматриваются только постоянно замкнутые ФС как наиболее распространенные.
При использовании в нажимном устройстве пружин и грузов первоначальное усилие Рн создается обычными пружинами, а до­полнительное— центробежной силой грузов, установленных на рычагах выключения. Такая схема нажимного устройства имеет существенные недостатки: большое усилие, требуемое для вы­ключения ФС при высоких частотах вращения коленчатого вала двигателя; появление большого момента трения при высоких скоростях и, как следствие, потеря ФС способности снижать динамические нагрузки в трансмиссии. Вследствие этого приме­нение подобных ФС весьма ограничено. Они достаточно подроб­но описаны в работе [8].
Наибольшее распространение в нажимных устройствах ФС получили чисто пружинные механизмы, как с периферийным, так и с центральным расположением пружин.
Нажимные устройства с периферийно расположенными
пружинами
Многие отечественные и зарубежные ФС имеют периферий­но расположенные нажимные пружины, равномерно размещен­ные по одной или двум концентрическим окружностям нажимно­го диска.
Так как нажимные пружины располагаются между кожухом и нажимным диском, то, учитывая потери в направляющих по­следнего, их усилие передается непосредственно на ПТ. Цилинд­рические винтовые пружины, применяющиеся в таких конструк­циях, имеют линейную характеристику. Это означает, что при износе ПТ деформация пружин и их усилие Рнж будут уменьшать­ся. Этот недостаток менее заметен, когда применяют пружины пониженной жесткости. Однако такие пружины имеют большие габариты (длину), что, кроме затруднений в компоновке, приво­дит к тому, что может быть потеряна их продольная устойчи­вость под действием значительных центробежных сил. При этом витки пружин могут касаться или направляющих выступов на­жимного диска, или стаканов кожуха, в результате чего дальней­шее снижение усилия Рн при частоте вращения 6000 мин-1 может достичь 10%. Поэтому часто применяют сдвоенные цилиндриче­ские пружины различной жесткости.
Нажимные пружины должны обладать высокой прочностью при циклических нагрузках и температурах до 150°С. Такие свой­ства имеют материалы с высокими значениями допускаемых на­пряжений [т] и с низким модулем упругости G. Наиболее часто используются стали 50ХФА, 68ГА, имеющие [т] =830...860 МПа и 42...50 HRC3. После навивки следуют отпуск пружин и дробе-

Рис. 1.3. ФС с периферийным расположением пружин фирмы АП:
/ — кожух; 2 — нажимной диск; 3 — пята; 4 — рычаг; 5 — гайка; 6 — ось; 7 — опорная пластина; 8 — цапфа; 9 — ведущая пластина
струйная обработка. Для предотвращения коррозии пружины подвергают дополнительной обработке (фосфатирование, цинко­вание, кадмирование и т. п. или окраска). Процесс обработки часто заканчивается термофиксацией, когда пружина выдержи­вается при температуре #=200°С под определенной нагрузкой.
У пружин обычно контролируют длину в свободном состоя­нии, наружный диаметр, перпендикулярность торцев относитель­но продольной оси, нагрузку при заданной осадке. Последний показатель основной, так как определяет рабочее усилие ПТ включенного ФС. Современная технология обеспечивает откло­нение номинального усилия в пределах 5%. Иногда пружины контролируют на ползучесть. Для этого, например, определяют снижение усилия после шестичасовой выдержки при температу­ре 200°С.
Основные параметры цилиндрических винтовых пружин ФС отечественного производства представлены в работе [55]. Типо-размерный ряд однодисковых ФС с периферийно расположенны­ми пружинами фирмы «Фихтель и Сакс» (ФРГ) представлен в табл. 1.2, а типичное ФС фирмы АП (Великобритания) —на рис. 1.3. Технические характеристики и конструкции ФС других фирм достаточно полно представлены в работах [8, 54, 55].
1.2. Основные параметры однодисковых ФС с периферийно расположенными винтовыми пружинами
фирмы «Фихтель и Сакс» для грузовых автомобилей, тракторов и других машин
Типоразмер
Параметр
ОС
а; "О COUh
ccfp
G420; GF420; GF420X
cn О
Максимальный    момент двигателя
-Мдтах, Н
Наружный/внутренний диаметры на-
кладок DH/DB, мм
Номинальная   площадь   трения Лк, см2
Номер картера (по SAE)
связь с кожухом или маховиком, а также с рычагами выключе­ния. Кроме того, для фиксации положения нажимных пружин на диске выполняются гнезда в 1 ...3 ряда. Чтобы теплота от на­жимного диска не передавалась пружинам, между ними ставят­ся теплоизоляционные шайбы из асбокартона, паронита и других материалов на основе асбеста. Жесткость нажимного диска за­висит от свойств материала, соотношения линейных размеров и конструктивного оформления.
Деформация отдельных частей или поверхностей нажимного диска вызывается прежде всего неравномерным нагревом. Объе­мы, расположенные вблизи поверхности трения, нагреваются больше других, и поэтому здесь возникают наибольшие напряже­ния и деформации. Обычно масса нажимного диска тн меньше массы маховика тм, и поэтому примерно одинаковое количество теплоты, генерируемой ка обеих поверхностях трения, вызывает резкий рост температуры именно на нажимном диске. Отношение /сн==тм/тн в первом приближении характеризует степень нерав­номерности нагрева контртел, которая уменьшается при кя—>-1. В отечественных тракторных ФС ^^2,6...6,5; в автомобильных /сн—2,1...4,0. Тридцать лет назад эти коэффициенты были значи­тельно выше.
Снижение теплонапряженности нажимного диска и других де­талей ФС достигается и специальной вентиляцией картера.
Одним из критериев совершенства конструкции является от­ношение максимального передаваемого крутящего момента Мдтах ФС к его ведущей массе тх. Анализ показывает, что с уве­личением размеров ФС (а это почти всегда означает рост его на­груженное™) это отношение уменьшается. Например, отношение Мдтзх/т1 для отечественных ФС равно: 32 (ГАЗ-53), 24,5 (ЗИЛ-431410) и 18 Н-м/кт (ЯМЗ-236). Для аналогичных по размерам ФС фирм АП и «Фихтель и Сакс» это отношение соот­ветственно равно: 23...27; 19...25 и 19...23 Н-м/кг.
Наиболее распространенным материалом для нажимного дис­ка является серый чугун. По мере роста нагруженности ФС при­меняются марки со все более высокими показателями механиче­ской прочности. Сейчас обычно применяются чугуны: СЧ 21 (ЯМЗ-236/238, МТЗ-80, КамАЗ-14) и СЧ24 (ГАЗ-24, ЗИЛ-431410, ТМЗ-8). Параметры трения зависят от свойств материалов на­кладки и контртела. Поэтому механические свойства и химиче­ский состав чугунов должны согласовываться с материалами фрикционных накладок. Наиболее универсальной основой для производства нажимных дисков является перлитный серый чугун (последняя строка табл. 1.10). Можно отметить большое внима­ние, которое уделяется стабильности химического состава чугу­нов.
Материал готовой детали имеет структуру преимущественно в виде тонкого сорбитообразного сложения с мелкими завихрен-
1.10. Чугуны для маховиков, нажимных и промежуточных дисков ФС
Химический состав, %
Страны и фирмы, выпускающие ФС
Р, не бо­лее
S, не бо­лее
Прочее
Твердость НВ
3,2 ...3,5
2,0... 2,5
0,6... 0,9
0,1 ...0,3
0,3... 0,45
0,15...0,4 Си 0,03... 0,8 Ti
170 ...250
190... 220
«Борг Уорнер»
3,2... 3,4
2,0... 2,5
0,5 ...1,1
0,1 ...0,2
0,05 ...0,4 0,03.-0,4
0,1 ...0,6 Си 0,1 ...О.ЗМо
180... 240
«Фихтель и Сакс»
180... 230
ФС фирмы АП:
2,0... 2,4
0,6 ... 0,8
—■
—■
Великобритания
3,0... 3,5
2,0 ...2,4
0,75 ... 1,0
0,2 ... 0,4
195 ...245
ными включениями в виде цементита или фосфидной эвтектики. Он должен содержать не более 20% графита, 5% феррита, 5% цементита и 70% перлита. Повышение содержания феррита при­водит к износу и появлению рисок на рабочей поверхности контр-тел, крупнопластинчатого графита — к растрескиванию поверх­ности, цементита —к износу фрикционного материала. Отрица­тельное влияние этих структур можно ослабить действием легирующих элементов. Так, никель, хром и титан уменьшают склонность к трещинообразованию, марганец уменьшает износ и повышает стойкость контртел к изменению первоначальной формы.
Действие всех легирующих элементов прежде всего направ­лено на сохранение структуры, характеристика которой дана выше.
Свойства чугунов зависят и от термообработки отливки. Обычно используется искусственное или естественное старение, которое гомогенизирует чугун и снижает внутренние напряже­ния в отливке, способствуя равномерному распределению цемен­тита по объему. Можно для примера привести такой режим: медленное нагревание до температуры 550...570°С; выдержка, зависящая от размеров отливки, и охлаждение со скоростью Ю...25°С/ч с тем, чтобы температура 300°С достигалась через 10... 12 ч. После 200°С отливка охлаждается на воздухе. Другие типы чугунов (высокопрочные, ковкие) используются там, где требуется высокий предел прочности детали. Их фрикционные свойства хуже, чем у серых перлитных чугунов. Поэтому для достижения требуемых свойств поверхностей трения применяют фрикционные материалы с особыми характеристиками. Так, приемлемые результаты получаются в парах трения, составлен­ных из ковкого чугуна (нажимной диск) и фрикционных накла­док без металлических наполнителей или из нити, армирован­ной цинковой проволокой.
Стали для нажимных дисков ФС сухого типа используются намного реже, так как они склонны к схватыванию, растрески­ванию, к изменению заданной формы.
Теплонапряженность нажимного диска, а следовательно, и свойства ПТ зависят от удельной теплопроводности материала. Чем она выше, тем меньше износ ПТ. Однако известна лишь одна практическая реализация этой идеи-—использование алю­миния, покрытого противоизносным слоем, для нажимных дис­ков ФС GMFZ фирмы «Фихтель и Сакс».
Механическая обработка нажимных дисков включает точе­ние и шлифование поверхностей трения, где по рекомендации фирмы «Валео» высота микронеровностей должна быть в преде­лах 0,5... 1,6 мкм. Затем диски фосфатируют или окрашивают и балансируют, чтобы дисбаланс в зависимости от размера дисков не превышал 10...50 Н-м. Кроме того, контролируется неплос-
костность поверхностей трения (0,05...0,1 мм) и взаимное рас­положение пазов, шипов и отверстий.
Материалы и последовательность технологии изготовления маховиков и промежуточных дисков практически не отличаются от приведенных выше.
Кожухи ФС могут быть штампованными и литыми. В первом случае обычно используется углеродистая конструкционная сталь типа 08кп (ств^ЗОО МПа; ат^200 МПа и до 130 НВ) толщиной 2...7 мм. Технологический процесс включает в себя вытяжку, про­бивку отверстий, чеканку или калибровку. Механическая обра­ботка часто сводится только к сверлению отверстий под штифты. Могут обрабатываться отверстия под другие крепежные детали, а также привалочные поверхности; в случае центрирования кожу­ха по наружной поверхности — и его образующая поверхность. Процесс заканчивается фосфатированием, цинкованием, кадми-рованием или окраской. Обычно контролируется неплоскостность и непараллельность привалочных поверхностей, значения кото­рых чаще всего лежат в пределах 0,2...0,5 и 0,1...0,2 мм соответст­венно, и расположение центрирующих и прочих отверстий.
Для изготовления литых кожухов используется чаще всего серый чугун с пластинчатым графитом (ав= 170...250 МПа и 170...250 НВ). После механической обработки, обычной для это­го класса деталей, кожух фосфатируется или окрашивается. Фрикционные сцепления с литым кожухом обладают повышенной жесткостью, что обеспечивает стабильные характеристики меха­низма их отводки. Однако их масса на 20...30% больше, чем мас­са ФС со штампованным кожухом. Последние практически не разрушаются, менее трудоемки в производстве и поэтому имеют наибольшее распространение.
Ведомые диски
Ведомый диск в сборе — важнейшая часть ФС, лимитирующая его ресурс. Он воспринимает от ведущих частей крутящий мо­мент и за счет сил трения на рабочих поверхностях передает его в трансмиссию. Основные части ВД (рис. 1.11): диск-держатель 2, накладки / и ступица 3. Диск-держатель делается из углеро­дистых сталей 45, 65Р, 70 и др. толщиной 1,0...2,5 мм. Вырубка, пробивка отверстий и радиальных прорезей, предотвращающих коробление диска, осуществляются на многопозиционном прессе, затем следует закалка (обычно в масле) и отпуск в штампе. Твердость готовой детали 35...65 HRC3. Процесс заканчивается фосфатацией и контролем, где основной параметр — неплоскост­ность, которая не должна превышать 0,4...0,5 мм под нагрузкой 20...50 Н. Крепление накладок к диску может быть жестким и упругим. В первом случае, как это показано на рис. 1.11, фрик­ционные накладки 1 имеют стык с плоским диском 2. И хотя та-

кой ВД имеет некоторую осевую податливость, он называется жестким.
Накладки делаются в виде кольца или сегментов. Кольцевая форма наиболее распространена и регламентирована по разме­рам ГОСТ 1786—80*. На поверхностях трения накладок часто делаются радиальные или наклонные прорези (канавки). Их на­значение—удаление продуктов изнашивания и вентиляция по­верхностей трения. Глубина канавок обычно не более 25% тол­щины накладки, а ширина 3...5 мм.
Известны три наиболее распространенных способа соединения накладок с диском-держателем: заклепками, клеем и приформо-выванием.
Приформовывание производится в горячих пресс-формах од­новременным сжатием двух брикетов (невулканизированных за­готовок) из фрикционного материала и расположенного между ними диска-держателя. Соединение осуществляется в результате адгезии между ними и за счет того, что фрикционный материал двух брикетов соединяется в одно целое в прорезях и окнах дис­ка-держателя (рис. 1.12, б). Оно получается прочным, но жест­ким, склонным к трещинообразованию и короблению и практи­чески не пригодно к ремонту. Эти недостатки устраняются, если накладки приформовываются не в виде кольца, а сегментами. Приформовывание широко применяется в ВД для ФС, работаю­щих в масле, так как в последнем случае накладйи узкие и тон­кие.
Клеевое соединение деталей ВД известно давно. Оно облада­ет всеми особенностями, отмеченными выше. Интерес к обоим соединениям не ослабевает по той причине, что при прочих рав­ных условиях (например, сохранении одинаковых осевых габари­тов) срок службы таких дисков повышается за счет увеличения полезной толщины h\ накладки (рис. 1.12, а) практически до полной толщины Н накладки и увеличения площади трения в связи с отсутствием отверстий под заклепки.
Однако реализация этих достоинств затруднена из-за того, что большинство известных ФС нерегулируемые, т. е. усилие гиш падает в этих конструкциях ниже минимально допустимых зна­чений раньше, чем полностью используется полезная толщина h\. Кроме того, срок службы накладок и плавность включения ФС уменьшаются с увеличением осевой жесткости. Поэтому наиболь­шее распространение получило заклепочное соединение. При этом накладки удерживаются от проворачивания реакцией заклепок и силой трения между диском-держателем и обратной (нерабочей) стороной накладок. В отдельных случаях применяется усиление стыка клеем, наносимым на нерабочей стороне накладок вокруг отверстий под заклепки. В зависимости от ширины поля наклад­ки заклепки могут располагаться в один, два или три ряда. Они могут соединять (см. рис. 1.11) или сразу обе накладки и диск (ФС тракторов Т-150, Т-150К, Т-4А, ДТ-75 и др., а также автомо­бильные ФС к двигателям ЯМЗ и т. д.), или попеременно одну из накладок и диск-держатель (ЗИЛ-431410, КамАЗ-14 и др.), как это показано на рис. 1.13.
Наиболее часто используются трубчатые заклепки. Головка такой заклепки может быть и плоской (ВАЗ, АЗЛК, МТЗ и др.)» и конусной; последняя форма считается предпочтительнее. Неко­торые геометрические размеры заклепочного соединения, рекомен­дуемые фирмой «Феродо» (Франция), были приведены на рис. 1.12, а. Здесь D зависит от толщины Н накладки, При Я = 3 мм D = 2,5...3 мм; при Н=4 мм Z) = 3...3,75 мм; при Я=5 мм D  4... 4,5 мм и при Н=6 мм D = 5 мм.
Таким образом, с увеличением Н увеличивается площадь от­верстий под заклепки. Например, при Я=5 мм эта площадь равна 11,6...14,5 см2, а при #=10 мм она увеличивается почти вдвое.
После клепки осаженная часть заклепки имеет вид сплош­ного венчика или розетки. Последняя применяется тогда, когда одной заклепкой соединяются сразу обе накладки и диск ФС. Полезная толщина h\ накладки колеблется от 1 до 3 мм. Ее увеличение дает прирост срока службы накладок только в ФС с Рцж~const или в регулируемых ФС. Если накладки из спеченных материалов имеют форму, показанную на рис. 1.14, то на б см2 площади накладки ставят по одной заклепке. При применении двух и более заклепок максимальное расстояние между ними со-

Рис. 1.13. ВД сцепления КамАЗ-14:
/ — ступица; 2 заклепка; 3 — диск демпфера;   4 обойма;    5 — диск-держа­тель; 6 — пружина демпфера
Рис. 1.14. Фрикционные элементы из спеченных материалов:
/ — металлическая подложка; 2 фик­сатор от проворачивания

А-А
6-8

ставляет 90 мм, а расстояние между краем накладки и заклеп­кой — не менее 20 мм.
До недавнего времени практически всегда применялись за­клепки из цветных металлов или сплавов на основе меди, алюми­ния и т. д. (например, сплав АД-1). Достоинства этих материа­лов — хорошая пластичность, обеспечивающая качественную технологию клепки, и небольшая твердость, исключающая по­вреждение контртел при выходе головок заклепок на поверхность трения при износе накладок. Сейчас все более получают распро­странение и стальные заклепки, например, в ФС фирмы АР. Они изготовляются из сталей типа Юкп с 175...250 НВ. При удовле­творительных пластических свойствах такие заклепки дешевле и имеют высокую прочность. Отсюда повышенная надежность стыка при меньшей высоте головки заклепки и увеличение тол­щины накладки h\ (см. рис. 1.12, а).
Крутящий момент от ВД передается на ступицу и далее на вал ФС (или коробки передач) обычно через прямобочные или эвольвентные шлицы. Их размерный ряд стандартизован норма­ми ГОСТ, а также ASA (Италия), BNA (Франция), DiN (Вели­кобритания и другие страны), SAE (США и т. д.). Геометрия прямобочных шлицев по SAE приведена на рис. 1.15, их разме­ры— в табл. 1.11.
Рис. 1.15. Прямобочиое шлицевое соединение:
а — ступица; б — вал
Известно, что ступица состоит из вту­лочной и фланцевой частей. До недавне­го времени она повсеместно изготовля­лась из одной цельной поковки. В на­стоящее время зарубежные фирмы пред­почитают делать ступицы сборными. Основная причина — снижение расхода материала. Такие ступицы применяются в ФС серии DST фирмы АП, в ВД серий Н, К, R, G, М и др. фирмы «Валео». Сту­пицы изготовляют из отожженной стали 35 ...40, поставляемой в виде трубы, а фланец — из мягкой листовой стали. По внутреннему диаметру фланца сделаны шлицы треугольного сечения. Затем фла­нец подвергают нитроцементации и за­калке до твердости 70 HRC3. Сборка осу­ществляется на гидравлическом прессе. При этом   шлицы фланца врезаются в
тело втулки. Сопряжение фиксируется закаткой (расклепкой) технологического бурта втулки относительно фланца. Затем по внутреннему диаметру втулки делают шлицы, которые подверга­ют обычной термической обработке.
Из контролируемых параметров ступицы следует отметить: перпендикулярность оси втулки и привалочной поверхности флан­ца (0,2...0,3 мм); надежность соединения при передаче задан­ного Мв.

1.11. Размерный ряд мм) прямобочных шлицев по SAE
Обозначение
Дх
по SAE
Дь
7/8"10В Г'ЮС 1 1/8"10С 14/4"! ОС 1 3/8"10С
14/2"! ОС 1 5/8" ЮС 13/4" 10В
1 3/4"10С 2"10С
22,2+0-13
25,8+°.13
28,9+0-13 32,1+оде
35,2+°."
38,1 +0-16 41,3+одб
44,5+0,16 44,5+0,16 50,8+°.13
lQf 1+0,084
20.6+0'1 23,4+0,034
25.8+0-034
28.7+0-1
30,9+°;'
33,4+°.»
38,2+°. *
36+°.» 41Д+0-1
3,93+0,03 4,45+0,02 4,93+0,02
5,43+°.°3 5 97,о2
6,4+0.05
6,88+°.04
6,88+°.°4 7,88+°.°44
90 1 с—0.008 ^» *°—0,022 25,3+0,025
28,3—0.05 31,75-0.05 34,8-о,об
». iZo0;^
40,8_о 2 44-ьо.05
^—0.07 44+0.05 ^-0.07
50+°'°
1 ФАПМ — фрикционные асбополимерные материалы.
2 ФБПМ — фрикционные безасбестовые полимерные материалы.
рактерные для ФС тяговых и транспортных машин. По этой при­чине фрикционные элементы делаются чаще всего в виде дис­ков, сегментов и других подобных очертаний (см. рис. 1.14). Так как прочность элементов невелика, применяется стальная под­ложка (каркас) /. Чтобы фрикционный элемент не проворачи­вался относительно ВД держателя, на подложке делаются выступы 2, которые заходят в соответствующие прорези (от­верстия).
Детали ПТ ФС со спеченными материалами при прочих рав­ных условиях нагреваются более равномерно, так как их тепло­проводность сопоставима с теплопроводностью материалов контртел. Один из наиболее заметных недостатков спеченных материалов — подверженность царапинам, износ и другие по­вреждения поверхностей контртел. Особенно этот дефект заме­тен, если в качестве фрикционной добавки используют керамику и Другие соединения, имеющие высокую микротвердость, а ПТ работают в сравнительно легком режиме, т. е. при низких темпе­ратурах, когда свойства твердых смазочных материалов прояв­ляются еще не в полной мере.
В автотракторных ФС спеченные материалы успешно рабо­тают под давлением до 1 МПа, обладая стабильным коэффици­ентом трения в диапазоне до 500°С. В наибольшей степени до­стоинства спеченных материалов проявляются, когда длитель­но действующая температура в ПТ больше 200°С. Однако оче­видно, что существует и верхний предел их работоспособности. Так, для спеченных материалов типа SM фирмы «Феродо» этот предел по длительно действующей температуре составляет 250°С; по кратковременной температуре 550°С; по удельной мощности трения 175 Bt/q/l2.
Известны материалы, работающие при удельной мощности трения 200 Вт/см2 и даже до 400 Вт/см2.
Таким образом, накладки из спеченных материалов: 1) удов­летворяют современным требованиям к ПТ по износофрикцион-ным свойствам в определенном довольно узком диапазоне ме­ханических и тепловых нагрузок; 2) имеют плотность, в 2... 3 ра­за превышающую плотность традиционных материалов (в связи с чем ВД имеют большой момент инерции, воспринимаемый син­хронизаторами коробки передач); 3) имеют более высокую оп­товую цену; 4) отличаются недостаточно высокими механиче­скими свойствами (в связи с чем могут применяться только на ВД специальной конструкции: крестообразных и т. п.); 5) отри­цательно влияют на износ и состояние поверхностей трения контртел.
Из-за отмеченных недостатков спеченные материалы не могут конкурировать с композиционными полимерными материалами. Тем не менее они применяются в ФС тяжелых грузовых авто­мобилей большой грузоподъемности и тягачей США (примерно 50%) [22], в ФС некоторых экскаваторов, бульдозеров, промыш­ленных тракторов, т. е. там, где условия эксплуатации очень тяжелые.
Композиционные материалы на основе полимеров. Они пред­ставляют собой многокомпонентную композицию, содержащую основу, теплостойкую арматуру и наполнитель. Основу в таких материалах называют связующим. Это каучуки, смолы и их ком­бинации. Чаще применяются фенолформальдегидные и анилин-формальдегидные модифицированные смолы, различные нату­ральные и синтетические каучуки и их комбинации. Наполните­ли регулируют рабочие и технологические свойства материала. Они подразделяются на: металлические (медь, бронза, латунь, цинк, алюминий, свинец, железо, титан и другие металлы и сое­динения в виде порошков, стружки или проволоки); неметалли­ческие (графит, углерод, кокс, сера и др.); минеральные (кера­мика, барит, сурик, глинозем, каолин, мел и др.); органические, например скорлупа ореха кешью. Каучуково-смоляная основа об­ладает недостаточно высокими механическими свойствами, осо­бенно при повышенных температурах. Поэтому все материалы на полимерной основе содержат теплостойкую арматуру: ас­бест, волокна, вату и т. п. Этот компонент во многом определяет свойства и технологию всего материала, и поэтому он часто от­ражается в его названии. Так, материалы, армированные ас­бестом, называются ФАПМ, т. е. фрикционные асбополимерные материалы.
Первые ФБПМ появились в 30-х гг. Но только с начала 80-х гг. накладки из таких материалов применяются в ФС авто­мобилей (накладки NAFC фирмы «Феродо»). Такой длительный период развития объясняется разными причинами: сложностью
Накладка ФС из ФБПМ
По способу производства
По форме арматуры
По материалу арматуры

Стекло,
керамика,
карбиды
Ар амиды,
нейлон,
нитрон,
аримиды,
оксалоны,
полиамиды,
физические
смеси
Хлопок,
искусственный шелк,
целлюлоза, Вискоза
Волластонит,
сернокислый
кальций у
кремнекислый
кальций,
слюда,
базальт, диатомит, каолин, титанит
Сталь,
алюминий,
железо
Рис. 1.16. Классификация накладок из ФБПМ
исследований; конъюнктурой сырья-заменителя; усилением мер по охране окружающей среды и др. Последний фактор возник в связи с обнаруженной кандерогенностью асбеста [60], отчего в ряде стран последовал запрет на его применение на транспорте, а там, где его пока нет, на изделие ставиться клеймо «А» (Опас­но! Асбест!). В связи с возрастающими темпами создания и про­изводства накладок из ФБПМ их современную классификацию можно приблизительно представить (рис 1.16) на основании [25, 56].
Асбест обладает уникальными свойствами для производства накладок, с которыми и сравниваются свойства его заменителей. Термостойкость асбеста (потеря конструкционной воды и проч­ности) при длительном нагреве определяется температурой 500°С, а при кратковременном нагреве — 700°С. По этому пока­зателю непригодны для использования в полном объеме все на­туральные органические материалы и большинство материалов
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).

Рис. 1.21. ВД с резиновыми упругими элементами:
/ —• ступица; 2 — упругий элемент; 3 — пластина; 4      диск-держатель; 5 — диски
демпфера
В последние годы, благодаря созданию специальных синтети­ческих резин, некоторые зарубежные фирмы начали освоение и внедрение таких демпферов.
По данным МТЗ, современные резины работают в ФС трак­тора МТЗ-80 в течение 8... 9 тыс. моточасов при температурах от —30 до + 110°С, при ухудшении упругих свойств не более чем на 10% и повышении срока службы ПТ на 30% и шлицевых сое­динений в 2...3 раза.
Большинство современных ФС имеют ВД с демпферами упру-гофрикционного типа. Упругий элемент таких демпферов пред­ставляет собой цилиндрические винтовые пружины, расположен­ные по окружности в окнах между диском-держателем и ступи­цей (см. рис. 1.13, 1.18, в). Они изготовляются из высокоуглеро­дистых сталей — марганцовистых, хромованадиевых и т. п. Технология их изготовления не отличается от технологии произ­водства обычных пружин. Для уменьшения ползучести материала пружин применяют термофиксацию, которая следует после на­вивки (нагрев до температуры 400...450°С, выдержка в течение 0,5..Л ч, охлаждение на воздухе) и после дробеструйной обработ­ки (повторный нагрев до температуры 180...299°С, выдержка в течение 0,5... 1 ч, охлаждение на воздухе).
В упругофрикционном демпфере применяют одну или несколь­ко ПТ двух типов: «сталь по стали» и «сталь по ФАПМ». В пер­вом случае используется лента из раскисленной мягкой стали. После вырубки деталей (диск-держатель, пластина диска, опор­ное кольцо или опорная пластина, диск демпфера и т. д.) они

Рис. 1.22. Упругофрикциоиная характеристика одноступенчатого пружииио-
фрикционного демпфера
подвергаются термохимической (цементирование, цианирование) и термической (например, закалка в масле, отпуск в штампе) об­работке. Так, если детали делаются из стали 35, то после циани­рования на глубину 0,2 мм они имеют 56...59 HRC9 при твердости сердцевины 30...34 HRC3; если детали изготовляются из стали 50, то после закалки с последующим отпуском твердость их поверх­ности составляет 44...46 HRC3. Те же материалы для аналогичных деталей применяются и в смешанных ПТ. Здесь фрикционное кольцо делается из ФАПМ, используемых при производстве на­кладок ФС.
В диске (см. рис. 1.13) две ПТ: диски-демпферы 3 диски-держатели 5. Осевая нагрузка создается за счет сжатия веду­щих и ведомых частей демпфера предварительно деформирован­ными дисками 3, стянутыми заклепками 2.
На рис. 1.22 приведена упругофрикциоиная характеристика наиболее широко используемого в машинах демпфера, имеющего один рабочий участок. Ломаной штрихпунктирной линией отме­чена упругая характеристика, рабочий участок которой ограни­чен моментом предварительного натяга пружин Мп и моментом выключения из работы демпферных пружин Мвык. Преднатяг пружин демпфера возникает за счет их установки в окна ВД с некоторым поджатием; момент Мвык ограничивается упорами (см. элемент 7, на. рис. 1.25, в), запрещающими посадку витка пружины на виток. Угол а2 определяет жесткость рабочего уп­ругого элемента демпфера. Углы си и аз характеризуют жест­кость деталей демпфера в пределах предварительного смещения и после его выключения из работы. Наибольший момент Мтах
передается через демпфер при нагружении упоров. Сплошными линиями на рис. 1.22 очерчена петля гистерезиса, площадь ко­торой определяется моментом трения Мт, развиваемым на ПТ. Здесь Аф — угол закрутки демпфера.
В большинстве упругофрикционных демпферов 7WT = const. Демпферы с рассмотренной характеристикой называются одно­ступенчатыми. Они применяются в большинстве автотрактор­ных ФС.
Более широкими возможностями обладают многоступенчатые демпферы, преимущественно распространенные в ФС легковых автомобилей. Число ступеней достигает пяти. Из характеристики демпферов «Валео» (рис. 1.23) следует, что демпферы моделей Н, Т, L одноступенчатые; такие демпферы (модели G, GT и GS) применяет и фирма «Фихтель и Сакс». Демпферы моделей G12A, Н12 и К21 имеют две ступени на одной ветви характеристики, соответствующей нагрузочному режиму двигателя, и одну сту­пень на ветви, соответствующей режиму торможения машины двигателем. Это достигается тем, что половина или треть пружин демпфера устанавливается с большим предварительным натягом. Подобные характеристики имеет и демпфер ФС автомобиля АЗЛК-2141.
Двухступенчатые демпферы представлены на рис. 1.24 (моде­ли N и М); такие же демпферы (модели S, R) производятся фир­мой «Фихтель и Сакс». Переменность жесткостей на отдельных ступенях осуществляется пружинами различной жесткости (на­пример, в ФС ВАЗ-2101) или двойными пружинами неодинако­вой длины (демпферы ФС АП).
В автомобилях с высокой комфортабельностью применяют демпферы с еще большим числом ступеней. В них первая ступень предназначена для устранения шума шестерен в коробке передач на холостом ходу. Поэтому наибольший момент МВык на этой ступени составляет несколько десятков ньютон-метров, угол за­крутки-— 2...5°. Вторая ступень предназначена для устранения шума шестерен при включенной передаче. Остальные ступени снижают размах амплитуд колебаний, вызванных наиболее опасными гармониками ДВС. Многоступенчатость до­стигается сочетанием различных способов: созданием предвари­тельного натяга пружин; постановкой пружин различной жест­кости (до трех групп) или двойных пружин. Так выполнены модели КЗЗ, R33, G33A фирмы «Валео» и модели Т фирмы «Фихтель и Сакс».
В последнее время для получения многоступенчатых харак­теристик применяют преддемпферы. В этом случае ВД имеет два демпфера — предварительный и главный, которые могут пе­редавать момент Мв на две или на одну ступицы. В первом слу­чае (рис. 1.24, а) шлицевые ступицы 1 и 3 вставляются одна в другую с зазором, обеспечивающим заданный угол закрутки.
<<< Предыдущая страница  1  2  3  4  5  6  7  8  9  10    Следующая страница >>>


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