УСТРОЙСТВО СЦЕПЛЕНИЯ
HITCH MECHANISM

Устройство сцепления относится к механике, служит для передачи усилия вращения (момента) и прекращения передачи усилия вращения (момента) от ведущего вала (двигателя) к ведомому валу (рабочей машине, к колесам). Устройство может быть использовано на транспорте и в некоторых других областях техники.
Близким аналогом предлагаемого устройства является устройство сцепления, представленное схематично на рис.31 стр.41 [1].
На рис.31 изображено: 1 - коленчатый вал, 2 - маховик, 3 - ведомый диск, 4 - нажимной диск, 5 - кожух сцепления, 6 - нажимные пружины, 7 - отжимные рычаги, 8 - нажимной подшипник, 9 - вилка выключения сцепления, 10 - рабочий цилиндр, 11 - трубопровод, 12 - главный цилиндр, 13 - педаль сцепления, 14 - картер сцепления, 15 - шестерня первичного вала, 16 - картер коробки передач, 17 - вал коробки передач.
Принцип работы устройства сцепления следующий. Коленчатый вал 1 двигателя скреплен с маховиком 2, который является также ведущим диском. Ведомый диск 3 закреплен на валу 17. Вал 17 является ведомым валом для устройства сцепления и одновременно ведущим валом рабочей машины. На вал 17 насажен прижимной диск 4, имеющий ход (скольжение) на этом валу, т.е. движется вправо и влево (по рисунку). В нормальном (исходном) состоянии диск 4 из-за усилия пружин 6 прижимается к диску 3, а диск 3 из-за этого усилия прижимается к маховику 2, являющимся одновременно и ведущим диском. Таким образом, усилие вращения (момент) ведущего вала 1 (коленвала двигателя) передается на ведомый вал 17. Скорость вращения вала 17 почти такая же, как и вала 1, обеспечивается за счет трения между дисками 2 и 3 и 3 и 4. Для выключения передачи усилия вращения с вала 1 на вал 17 используется привод выключения, состоящий из подшипника 8, вилки выключения 9, рабочего цилиндра 10, трубопровода 11, главного цилиндра 12 и педали сцепления 13. Для выключения передачи необходимо нажать на педаль 13. При этом жидкость в цилиндре 12, вытесняемая поршнем, через трубопровод 11 поступает в цилиндр 10, в котором находится поршень. Этот поршень через шток давит на вилку 9 и с помощью подшипника 8 и рычагов 7 отодвигает диск 4 от диска 3. Диск 3 отходит от маховика 2, вследствие чего усилие вращения (момент) с вала 2 уже не передается на вал 17. Таким образом, усилие вращении (момент) с помощью устройства сцепления может передаваться или не передаваться (выключаться) с ведущего вала (двигателя) на ведомый вал (рабочей машины).
Реальная конструкция устройства сцепления изображена на рис.3-1, цветной вкладыш [2]. Отсюда видно, что она намного сложнее вышеупомянутого схематичного изображения. Заметим еще, что нажимной и ведомый диски, входящие в устройство сцепления, являются сложными устройствами. Это видно из рис.59 стр.67 и рис.72 стр.83 [3].
Недостатком известного устройства (сцепления) является невысокая надежность, которая выражается в большом количестве деталей, в необходимости соблюдения точной соосности дисков; в применении в устройстве множества неметаллических быстроизнашивающихся и, поэтому, часто сменяемых фрикционных накладок на нажимном и ведомом дисках. Это влечет за собой частый ремонт устройства сцепления.
Целью предлагаемого изобретения является повышение надежности передачи усилия вращения (момента) с ведущего вала на ведомый вал, а так же увеличение функциональных возможностей устройства.
Данная цель достигается следующим образом. Предварительно рассмотрим устройство и принцип действия дифференциала по рис.38 стр.48.[1]. На рис.38 изображено: 1 - полуоси; 2 - ведомая шестерня; 3 - ведущая шестерня; 4 - шестерни полуосей; 5 - шестерни - сателлиты.
Работает дифференциал следующим образом. При вращении шестерни 3, насаженной на ведущий вал, например, двигателя внутреннего сгорания, вращается ведомая шестерня 2, на которой закреплены шестерни-сателлиты 5. Шестерни 5 вращают шестерни 4 вместе с полуосями 1, передавая, таким образом, усилие вращения (момент) с ведущего вала на полуоси 1, т.е. на два ведомых вала. При равных нагрузках на ведомых валах 1 ведомые валы имеют одинаковую скорость вращения, при разных нагрузках - разную скорость вращения. Чем большую нагрузку имеет один из них, тем меньше у него скорость вращения по сравнению со скоростью вращения второго ведомого вала. Если один из них полностью заторможен (не вращается), то второй вал вращается с удвоенной скоростью по сравнению с той, какую они имели бы при одинаковых нагрузках. Из этого факта можно получить следующее. Если ИСКУССТВЕННО менять нагрузку на одном из ведомых валов, например, путем механического или электрического торможения, то можно менять скорость вращения второго ведомого вала от нуля до максимальной.
В предлагаемое устройство входит механический тормоз. Тормоз служит в предлагаемом устройстве для уменьшения или полного прекращения вращения вала. Конструкция механического дискового тормоза схематично изображена, например, на рис.54 стр.64 [1], где цифрами обозначены: 1, 7 - рабочие цилиндры; 2, 6 - поршни; 3 - соединительная трубка; 4 - тормозной диск; 5 - тормозные колодки.
Для приведения в действие тормоза необходим привод. Схема гидравлического привода приведена на рис.51 стр.63 [1], на котором цифрами обозначены: 1 - тормозной цилиндр; 2 - трубопровод; 6 - главный тормозной цилиндр; 7 - поршень; 8 - шток; 9 - педаль.
Работа тормозного устройства состоит в следующем. При нажатии на педаль 9 шток 8 давит на поршень 7. Под действием поршня 7 жидкость из тормозного цилиндра 6 по трубопроводу 2 поступает в тормозные цилиндры 1. Под действием давления жидкости, поступающей в тормозные цилиндры 1 (на рис.54), поршни 2 и 6 воздействуют на тормозные колодки 5, прижимая их к диску 4, который жестко закреплен на валу и вращение которого необходимо уменьшить или полностью прекратить. При отпускании педали 9 тормозные колодки 5 самостоятельно отходят от диска 4.
В некоторых случаях вместо гидравлического привода используют трос, один конец которого закрепляют на тормозных колодках, а другой - на ручке (педали) управления, возможен так же электрический привод.
Рассмотрим конструкцию и принцип действия предлагаемого устройства. Оно схематично изображено на чертеже, где цифрами обозначены: 1 - дифференциал; 2 - ведущий вал дифференциала; 3 и 7 - ведомые валы дифференциала; 4 и 9 - тормозные диски; 5 и 8 - тормозные колодки; 6 - привод; 10 - ручка (педаль) управления.
Вал 2 дифференциала 1 соединяется с ведущим валом (двигателя). Вал 3 соединяется с ведомым валом (рабочей машины). Вал 7 свободен. Двигатель и рабочая машины на чертеже не изображены. На ведомых валах 3 и 7 закреплены тормозные диски 4 и 9 вместе с тормозными колодками, соответственно, 5 и 8. Тормозные колодки 5 и 8 с помощью привода 6 соединены с ручкой (педалью) управления 10. Ручка 10 имеет два крайних положения «1» и «2». В положении «1» ручки (педали) 10 тормозные колодки 8 прижаты к тормозному диску 9, и он не может вращаться, соответственно, не может вращаться и вал 7. Тормозные колодки 5 отжаты от тормозного диска 4, и он может вращаться при вращении ведущего вала 2 дифференциала 1. Если включен двигатель и вращается вал 2, то усилие вращения (момент) передается на вал 3, соответственно, на вал рабочей машины.
При перемещении ручки (педали) управления 10 из положения «1» в положение «2» колодки 5 и 8 отходят от тормозных дисков 4 и 9, которые могут вращаться, если вращается вал 2. Когда ручка 10 окажется в положении «2», тормозные колодки 5 будут прижаты к диску 4, а колодки 8 будут полностью отжаты от диска 9. При этом вал 3 уже не вращается, а вал 7 вращается. Таким образом, в положении «2» ручки 10 усилие вращения (момент) уже не передается через вал 3 на вал рабочей машины.
Таким образом, с помощью дифференциала и тормозных устройств можно передавать и прекращать передачу усилия вращения (момент) с ведущего вала (двигателя) на ведомый вал (рабочей машины) с большей надежностью по причинам: меньшего количества деталей, полного отсутствия ответственных неметаллических деталей, небольшими требованиями к соосности вращающихся частей.
Рассмотрим диаграмму на рис.II-2 стр.25 [Ю.А.Михеев, Э.В.Морозов. Электрический привод. В.О. - АГРОПРОМИЗДАТ, 1988 г.]. На рисунке линия 1 изображает механическую характеристику рабочей машины, линия 2 - механическую характеристику двигателя, линия 3 - совместную механическую характеристику системы «двигатель - рабочая машина». Как видно из линии 3, данная система работоспособна, т.к. моменты двигателя как пусковой, так и рабочий больше соответствующих моментов рабочей машины. Предположим, что рабочая машина имеет механическую характеристику 1, а двигатель - характеристику 3. Система неработоспособна, т.к. пусковой момент двигателя меньше пускового момента рабочей машины. Предлагаемое устройство позволяет сделать такую систему работоспособной, т.к. запуск рабочей машины можно производить при номинальном моменте двигателя, а этот момент больше как пускового, так и рабочего моментов рабочей машины (по рисунку). Таким образом, предлагаемое устройство позволяет расширить область его применения, т.к. позволяет использовать эл. двигатели меньшей мощности и с меньшим пусковым моментом.
Таким образом, предлагаемое устройство, кроме более высокой надежности, имеет более широкую область применения, что является положительным эффектом изобретения.
Литература
1. С.Ф.Зеленин, В.А.Молоков. Учебник по устройству автомобиля. Изд. «РусьАвтокнига», Москва 2002 г.
2. ВАЗ 2121. Руководство по ремонту. Составители: Яметов В.А., Косарев С.И. и др. Изд. «РусьАвтокнига», Москва 2001 г.
3. Автомобили МОСКВИЧ 412, 427, 434. Руководство по ремонту и техническому обслуживанию. Атласы автомобилей, М., 2002 (2003) г.