Плавное включение. Первые однодисковые’сцеПления с фрикционными обшивками имели тот недостаток, что вызывали захватывание и «дергание», особенно если обшивки были прессованные, обладающие высокой твердостью. Это происходило потому, что агрегат не обладал необходимой эластичностью и . -поверхности трения немедленно после соприкосновения подвергались действию максимального давления.

Для исключения такого рода явления необходимо, чтобы между моментом первоначального соприкосновения поверхностей дисков и моментом, когда усилие сжатия между ними достигнет своего полного значения происходил некоторый ход нажимного диска или, по крайней мере, педали сцепления. Водитель, управляя педалью на этой части ее хода, может обеспечивать плавное включение сцепления. То обстоятельство, что элементы сцепления должны пройти некоторый путь от момента первоначального соприкосновения до момента достижения полной силы сжатия дисков, обеспечивает постепенное включение даже без особого умения со стороны водителя. В большинстве конструкций необходимый пружинящий эффект наиболее удобно осуществляется путем применения эластичных элементов внутри ведомых дисков.

Пружинящие ведомые диски. Было сконструировано много различных пружинящих ведомых дисков сцепления. Одна из первых конструкций дисков такого типа характеризовалась радиальной волнистостью наружной его части. Секторы из фрикционного материала покрывали немного больше половины окружности диска. Они были приклепаны к вершинам выступов по обеим сторонам диска в шахматном порядке.

Фирма Лонг разработала диск «Торбенд», у которого узкие части спиц закручены в радиальном направлении, а наружная часть диска, имеющая волнистость, подвергается изгибу. Кривая зависимости между нагрузкой и деформацией показывает, что сжатие диска точно следует параболическому закону. Диск сжимается на 0,5 мм при 45 кг, на 1 мм при 204 кг, на 1,5 мм при 545 кг и на 1,65 мм при 730 кг. При полной силе сжатия обод диска по существу становится плоским. Эти диски изготовляются из горячекатаной пружинной стали, содержащей 0,7% углерода, толщиной 1,3—1,6 мм. Чтобы получить желательную гибкость, обод сошлифовывают до толщины 0,65—1 мм. После шлифования диски подвергают закалке в масле, а затем предварительному отпуску примерно при 260 °С и окончательному отпуску между пластинами, нагреваемыми приблизительно до 360°С электрическим током.

Ряд конструкций пружинящих дисков был создан фирмой Борг энд Бек. Вначале эта фирма применяла плоские диски, обод или наружная часть которых была разделена на сегменты радиальными прорезями. Каждая обшивка приклепывалась через один сегмент. Затем прорезям была придана Т-образная форма, чтобы уменьшить примерно наполовину ширину перемычек между сегментами и центральной частью, а сегменты были изогнуты через один в противоположных направлениях. Эта конструкция увеличила «чувствительность» сцепления (для сжатия диска требовался больший ход педали) и, кроме того, способствовала предотвращению «дергания».

Рис. 1. Ведомый диск «Торбенд» фирмы Лонг.

Один из типов пружинящего диска фирмы Борг энд Бек имел в сегментах пробитые отверстия подковообразной формы. Эти отверстия образовывали язычки, которые, чередуясь, выступали над поверхностью диска в противоположных направлениях. Обшивки были приклепаны к этим язычкам. Цель введения подковообразных отверстий заключалась в получении приблизительно равномерной гибкости по всей ширине обода.

Составной пружинящий ведомый диск. В составном пружинящем диске, также введенном фирмой Бо.рг энд Бек, плоские пружины изготовлены из листового материала толщиной всего 0,65 мм и приклепаны к сплошному диску с одной стороны; как “Ружины, так и обшивка со стороны маховика приклепаны одними и теми же заклепками. Со стороны нажимного диска обшивка приклепана к плоским пружинам. Заклепки расположены так, чтооы в них при сжатии пружин не вызывалось напряжение на срез, а происходило перемещение обшивки на стороне нажимного диска по окружности как относительно самого ведомого диска, так и относительно приклепанной к нему обшивки. Преимущество пружинящего диска этого типа в отношении изготовления заключалось в том, что пружинящие свойства могли легко регулироваться путем изменения формы и толщины плоской пружины, требовавшего сравнительно невысоких затрат на новый инструмент. Кроме того, поскольку все пружины выходят из-под одного и того же штампа, они подобны друг другу, и упругость диска с такими пружинами оказывается более равномерной по окружности, чём у диска, разделенного прорезями на 10 или 12 сегментов, которые при производстве диска отгибаются одновременно.

Рис. 2. Составной пружинящий ведомый диск фирмы Борг энд Бек.

Сцепления с пробковыми вставками. Пробковые вставки долгое время применялись на ведомых дисках однодисковых сцеплений. Пробка, эластично сжимаясь, сообщает диску пружинящие свойства; кроме того, она имеет относительно высокий коэффициент трения по стали (0,34).

Сцепления с пробковыми вставками могут работать сухими или в масле. В более старых сцеплениях этого типа, в которых пробковые вставки устанавливались в отверстиях чугунного диска, было принято делать пробки такой толщины, чтобы они выступали примерно на 1,6 мм над поверхностью чугунного диска. В процессе сжатия дисков контакт сперва происходил между сталью и пробкой; однако при полной силе сжатия пробки сжимались .вровень с плоскостью ведомого диска и, таким образом, поверхность соприкосновения оказывалась частично металлической, частично пробковой. Это, конечно, несколько уменьшало действительный коэффициент сцепления. Фирма Хадсон применяла сцепление с пробковыми вставками на легковых автомобилях в течение ряда лет. На сцеплениях Хадсон вставки были сделаны в форме кнопок с головками, выступающими по обеим сторонам тонкого стального диска, и, таким образом, вся поверхность соприкосновения была пробковой

Пружинящий эффект рычагов сцепления. В сцеплении, в котором сила пружин передается на нажимной диск посредством рычагов, пружинящий эффект может быть получен с помощью этих рычагов. На рис. 9 приведен поперечный разрез сцепления «Лайп», в котором использован этот принцип. Здесь применяется центральная коническая пружина, находящаяся между регулировочным диском и фланцем скользящей муфты, проходящей через ступицу регулировочного диска. От скользящей муфты сила пружины передается через 20 рычагов, упирающихся в кольцевые выступы регулировочного и нажимного дисков. Рычаги удерживаются от смещения под действием центробежной силы посредством стальных шариков, зажатых между двумя стальными штампованными кольцами, установленными в канавке скользящей муфты. Средние части рычагов, изогнутые в форме лопастей, способствуют вентиляции. Для регулировки сцепления с целью компенсации износа дисков удаляют регулировочные прокладки из-под регулировочных винтов на кожухе сцепления. Когда сцепление выключается, нажимной диск оттягивается назад пружинами, прикрепленными к кожуху сцепления. Гибкие отжимные рычаги сцепления, естественно, дают пружинящийх эффект.

Преимущество применения центральной пружины заключается в том, что она не соприкасается с сильно нагревающимся нажимным диском и поэтому не может потерять упругие свойства. Подшипник муфты выключения в этом сцеплении шариковый, снабженный фитильной смазкой.

Рис. 3. Сцепление «Лайп» с пружинящими отжимными рычагами.

Низкий момент инерции. При быстром переключении передач, практически не сопровождающемся изменением скорости автомобиля, скорость ведомого диска вслед за выключением сцепления должна быть быстро изменена в соответствии с новым передаточным отношением коробки передач. Она должна быть увеличена при переключении на низшую передачу и уменьшена при переключении на высшую передачу. В современных коробках передач легковых автомобилей изменение скорости ведо“мог„р диска осуществляется при помощи синхронизирующих устройств. Сила, необходимая для изменения скорости вращения ведомого диска сцепления, зависит от момента инерции диска. В коробках передач без синхронизирующих устройств, если шестерни начинают включаться до полного уравнивания их окружных скоростей, происходит удар между зубьями шестерен или кулачками муфты, причем сила удара зависит главным образом от величины момента инерции ведомого’ диска сцепления. Поэтому малый момент инерции ведомого диска способствует легкому и бесшумному переключению передач. Так как момент инерции равен сумме произведений всех элементарных масс на квадраты их расстояний от оси вращения, особенно важно ограничивать вес диска у обода.

Демпфер крутильных колебаний. Коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания испытывает крутильные колебания, когда ведущий конец (и еще в большей степени свободный конец) ,вала вместо вращения с постоянной скоростью попеременно с большой частотой ускоряется и замедляется. Передаваясь через сцепление, это колебательное движение вызывало бы стук шестерен коробки передач, так как при наличии зазора между находящимися в зацеплении зубьями колебательное движение заставило бы зуб ведущей шестерни попеременно соприкасаться с рабочей стороной одного зуба и нерабочей стороной соседнего зуба ведомой шестерни.

Рис. 4. Ведомый диск «Борглайт», обладающий низким моментом инерции (каждый пружинящий элемент имеет два радиальных выгиба).

Чтобы погасить крутильные колебания, необходимо в сцепление ввести упругий элемент, через который мог бы передаваться крутящий момент; изменение же момента, вызываемое крутильными колебаниями, будет восприниматься упругим элементом. Попеременное сжимание и разжимание упругого элемента должно сопровождаться поглощением энергии или внутри упругого элемента, или на поверхностях, которые в результате указанного Движения скользили бы друг по другу. Поглощение энергии и приводит к гашению -крутильных колебаний.

Первый демпфер ведомого диска сцепления представлял собой кольцо из прорезиненной ткани, помещенное между ступицей и металлическим диском и приклепанное к ним. Прорезиненная ткань имеет значительный (Гистерезис, т. е. будучи эластично деформированной и затем освобожденной, она поглощает некоторое количество энергии крутильных колебаний, превращая ее в тепло. Резина также иногда применялась в сцеплениях для поглощения энергии крутильных колебаний; однако наибольшее распространение в настоящее время получили витые пружины и фрикционные шайбы.

Типичный ведомый диск с демпфером крутильных колебаний показан на рис. 8. Во фланце ступицы диска и в расположенных по обе стороны от фланца двух стальных дисках, один из которых является собственно ведомым диском, сделано по окружности несколько отверстий для установки пружин. Между фланцем ступицы и дисками помещены фрикционные шайбы; диски соединены вместе посредством заклепок с утолщенной средней частью, служащей в качестве распорки. Крутящий момент передается от дисков через пружины на фланец ступицы, и колебания крутящего момента заставляют пружины попеременно сжиматься и разжиматься. Это сопровождается относительным угловым перемещением дисков и фланца ступицы, и трение между этими элементами и фрикционными шайбами поглощает энергию колебаний. Демпфер не может полностью гасить крутильные колебания, потому что он начинает работать только тогда, когда эти колебания появляются; однако, если его размеры выбраны надлежащим образом, он может удержать амплитуду колебаний на низком уровне.

В настоящее время принято проверять гистерезис или характеристику демпферов сцеплений при изготовлении. Для этого диску сообщают угловое перемещение относительно ступицы, сжимая пружины демпфера, а затем его освобождают. Под действием пружин диск поворачивается в обратную сторону, но вследствие трения в исходное положение он не возвращается. Для величины угла между нейтральным положением диска и тем положением, в котором он задерживается после отклонения, устанавливаются пределы

Демпферы крутильных колебаний, поддающиеся регулировке.

В демпфере, приведенном на рис. 8, сжатие поверхностей трения достигается силой упругости относительно жестких боковых дисков. Давление сжатия и способность гасить крутильные колебания в таком-демпфере резко падают при износе фрикционных элементов. Фирма Борг энд Бек разработала демпфер крутильных колебаний, в котором неметаллические фрикционные шайбы, установленные по обеим сторонам фланца ступицы, заменены стальными шайбами, а сила сжатия в нем создается конической пружиной Бельвилля. С каждой стороны фланца ступицы установлено по три тонких атальных шайбы. С одной стороны фланца к шайбам прижимается диск, с другой — нажимное кольцо с четырьмя зубцами, на которое давит своей внутренней кромкой пружина Бельвилля. Наружная кромка пружины Бельвилля упирается в диск. В свободном состоянии пружина Бельвилля имеет коническую форму, а в собранном ведомом диске она становится плоской. Преимущество этой конструкции состоит в том, что пружина Бельвилля создает почта постоянную силу в пределах значительного диапазона ее деформаций, и поэтому износ фрикционных элементов мало сказывается на способности демпфера гасить крутильные колебания. Кроме того, при наличии с каждой стороны фланца по три шайбы площадь трения относительно больше, чем в демпфере, показанном на рис. 8, а износ, наоборот, меньше.

Рис. 5. Усовершенствованный демпфер ведомого диска «Борг энд Бэк».

Рис. 6. Гидравлический демпфер ведомого диска «Атвуд-Телендер».

В ведомом диске сцепления «Атвуд-Телендер» применен гидравлический демпфер, представляющий собой герметическую камеру, в которой расположено несколько пружин, окружающих гидравлические цилиндры с плунжерами. В каждом цилиндре вблизи дна имеется небольшое отверстие. Камера и цилиндры демпфера заполнены консистентной смазкой.

Перетекание смазки из цилиндра и в цилиндр во время работы демпфера сопровождается поглощением энергии крутильных колебаний.

Соединение нажимного диска с маховиком посредством пружинных полосок. Чтобы нижимной диск вращался вместе с маховиком, в одной из конструкций сцепления диск соединен с маховиком посредством выступов, проходящих через прорези в кожухе сцеплении. В этом случае при включении или выключении сцепления пружины сцепления должны преодолевать некоторую силу трения между поверхностями выступов ‘И прорезей, что приводит к износу и может стать причиной появления скрипов и дребезжания. Эта неприятная особенность устраняется при соединении нажимного диска с маховиком посредством стальных полосок, примененном фирмой Борг энд Бек. Соединений осуществляется с помощью четырех полосок из закаленной пружинной стали; каждая полоска одним концом приклепана к кожуху сцепления, а другим привернута болтом к нажимному диску. Поскольку полоски отстоят друг от друга на равных расстояниях по окружности и располагаются по касательной, то их деформация при выключении сцепления не нарушает ни концентричности нажимного диска, ни балансировки сцепления. Кроме того, при таком соединении нет скольжения,, а поэтому и нет потерь на трение между его частями.

Рис. 7. Соединение иажимного диска с маховиком посредством стальных полосок в сцеплении «Борг энд Бек»:
1 — отжчмные рычаги: 2 — кожух сцепления; 3 — стальная полоска; 4 — нажимной диск.

Уменьшение трения внутри сцепления. Первым шагом, направленным на уменьшение силы, необходимой для выключения сцепления, должно быть снижение до минимума трения, возникающего между деталями, перемещающимися друг относительно друга при нажатии на педаль сцепления. Если в отжимных рычагах сцепления применены подшипники скольжения, то нанесенная на рабочие поверхности смазка будет выброшена центробежной силой или вытечет при повышении температуры, в результате чего трение в опорах рычагов возрастет. По этой причине в некоторых случаях подшипники скольжения заменяют подшипниками качения или применяют ножевые опоры из закаленной стали.

Рычажный механизм, ,в котором трение в значительной степени уменьшено, применен в сцеплениях «Борг энд Бек».

Рис. 8. Механизм отжимных рычагов сцепления «Борг энд Бек»:
а — включено; б — выключено; в — ножевая опора.

Средней опорой рычага выключения служит перекатывающийся цилиндрический палец. На конце рычага применена ножевая опора.

Из рис. 8, а, на которой приведено включенное сцепление, видно, что в этом положении рычаг сцепления вместе с пальцем под действием центробежной силы перемещается к периферии настолько, насколько позволяет отверстие в опорном болте. Когда сцепление выключается и внутренний конец рычага перемещается влево (к маховику), палец рычага перекатывается по плоскому участку отверстия в болте. В это время ножевая опора поворачивается на опорной поверхности крюкообразного прилива нажимного диска. В точке касания ножевой опоры с рычагом при повороте рычага происходит скольжение и качение. Однако работа трения скольжения на ножевой опоре рычага очень мала, так как перемещение рычага по направлению к центру сцепления при полном ходе нажимного диска составляет лишь около 1 мм.