ДВУХПОТОЧНАЯ МУФТА СЦЕПЛЕНИЯ
DOUBLE-FLOW FRICTION CLUTCH

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в автомобильных силовых агрегатах общего и специального назначения.
Известна двухпоточная муфта сцепления (ДМС) дискового типа, предназначенная для передачи крутящего момента от двигателя внутреннего сгорания (ДВС) на автоматизированную двухвальную механическую коробку передач, первичные валы которой выполнены в виде полого наружного и цельнометаллического внутреннего валов, расположенных коаксиально. В составе ДМС можно выделить корпус, внутри которого на подшипниках качения установлены первичные валы, комплекты ведущих и ведомых дисков внутреннего и наружного валов, гидроцилиндры привода механизма включения сцепления, пружины для уменьшения эффекта залипания средних дисков, внутренних барабанов. При этом ведущие диски сцепления связаны посредством пазов с корпусом, а ведомые - аналогичным образом с соответствующими ступицами ведомых дисков первичных валов. Корпус ДМС, через гаситель крутильных колебаний, связан с коленчатым валом двигателя, а через ведущие и ведомые диски - с соответствующими первичными валами. Управление муфтами обеспечивается гидроприводом с исполнительными гидроцилиндрами и распределительным устройством (см. Описание автомобиля "Audi TT").
Указанная ДМС является многодисковой, поэтому не лишена таких недостатков, как сложность конструкции, большая по сравнению с двухдисковыми масса, сложность обеспечения полного выключения сцепления, а также сложность автоматизации процесса включения и выключения сцепления.
Известна также двухпоточная муфта сцепления (ДМС) дискового типа в виде ведущего и двух ведомых элементов с расположенным между ними нажимным диском и механизмом переключения с двумя тарельчатыми пружинами (см. патент 2292495 C1, RU МПК F16D 13/44 "Муфта сцепления". Баженов С.П. и др., ЛГТУ. №20051244/11 ОТ 01.08.2005. Бюл. №3 от 27.01.2007.). Основными недостатками данного технического решения являются: снижение величины передаваемого крутящего момента по мере износа фрикционных накладок; отсутствие механизма компенсации износа фрикционных накладок ведомых дисков; сложность конструкции механизма переключение.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является упрощение конструкции и увеличение производительности силовой установки за счет уменьшения потерь в процессе переключения передач без разрыва силового потока, а также за счет значительного сокращения времени переключения, что в свою очередь обусловливает повышение экономических и экологических показателей, а кроме того, автоматизации процесса переключения передач механических КПП с целью повышении потребительские качества транспортных средств.
Это достигается тем, что корпус муфты цилиндрической формы посредством, например, зубчатого венца или шлицев свободно связан с внутренним зубчатым колесом или шлицами, выполненными на корпусе маховика или гасителе крутильных колебаний двигателя, или эта связь обеспечивается через демпфирующие элементы, а в его приливах, выполненных с внутренней стороны и расположенных относительно друг друга под углом, например, 120° выполнены по два цилиндра, оси которых расположены на удалении, соответствующем расстоянию от оси корпуса до середины приливов, а сами цилиндры, попарно в каждом приливе, направлены в диаметрально противоположные стороны, со смещением относительно друг друга на диаметр цилиндра, и в каждом из них расположен поршень с двумя уплотнительными кольцами, смонтированными в канавках, проточенных в корпусе цилиндра, ближе к его выходной части и на корпусе поршня ближе к его донной части, так, что запоршневые полости одноименных цилиндров, посредством каналов, в виде сверлений, соединены с наружной цилиндрической частью корпуса, каждые в своей зоне, на которой смонтировано и закреплено неподвижно уплотнительное устройство, выполненное в виде обечайки, с внутренней стороны которой смонтированы четыре манжеты с тремя стопорными кольцами, формирующие совместно с корпусом сцепления две полости, для подачи в них от гидронасоса, через распределительное устройство и шланги рабочей жидкости, поступающей в зависимости от управляющего сигнала по каналам в корпусе в запоршневые полости одноименных цилиндров, напротив поршней которых, на двух подпружиненных направляющих с фиксаторами, смонтированы по две ведущие колодки в виде металлических пластин с прикрепленным фрикционным слоем, сориентированные навстречу друг другу таким образом, что одна из пары колодок упирается в наружную выходную плоскость поршня, а вторая - в упор, выполненный в виде прилива с внутренней стороны упорного кольца, которые своими плоскостями, посредством болтового соединения, прикреплены с двух сторон к плоскостям корпуса сцепления таким образом, что приливы колец расположены напротив приливов корпуса, образуя при этом две рабочие зоны, в которых, между ведущими колодками, расположены ведомые диски, каждый из которых представляет собой два стальных кольца, каждое из которых заклепками прикреплено к лепестковому пружинному диску, обеспечивающему осевое демпфирование, который свободно расположен между двумя направляющими дисками с меньшим внешним диаметром, которые прикреплены к шлицевой ступице, смонтированной на шлицевой части соответствующего первичного вала коробки перемены передач, при этом на лепестковом пружинном и направляющих дисках выполнены окна, совмещенные друг с другом и в которых расположены демпфирующие элементы, в качестве которых могут выступать стальные цилиндрические пружины или резиновые подушки, при этом внутренний первичный вал коробки передач своим выходным концом опирается на шарикоподшипник, смонтированный в нише коленчатого вала, а выходной конец наружного первичного вала - на внутренний первичный вал, через обойму с шарикоподшипником, смонтированным между рабочими зонами сцепления.
При этом в качестве рабочего тела гидроцилиндров используется масло системы смазывания двигателя или коробки перемены передач.
На чертеже изображен общий вид двухпоточной муфты сцепления в разрезе.
Заявляемое техническое решение представляет собой корпус муфты 1, посредством, например, зубчатого венца или шлицев свободно связан с внутренним зубчатым колесом или шлицами, выполненными на корпусе маховика или гасителе крутильных колебаний 2 двигателя, который смонтирован на коленчатом валу 3 или эта связь обеспечивается через демпфирующие элементы. В приливах корпуса 1, расположенных под углом 120° относительно друг друга, с равными промежутками между ними выполнены по два цилиндра, направленных в диаметрально противоположные стороны и смещенных относительно друг друга на величину диаметра, в которых установлены поршни 4. На поверхности поршня 4, представляющего собой стакан, донной частью обращенный во внутреннюю полость цилиндра, ближе к донной части выполнена канавка под уплотнительное кольцо 5. В каждом из цилиндров ближе к выходной части выполнена трапецеидальная канавка под уплотнительное кольцо 6, которое выполняет также функцию сдающего звена в процессе возврата поршня за счет собственной упругой деформации.
Внутри корпуса 1, между приливами корпуса и колец 7 и 8, напротив поршней 4 расположены по три пары ведущих колодок 9, обращенных рабочей поверхностью друг к другу, являющихся элементом передачи крутящего момента на ведомые диски 10 и 11, которые в свою очередь размещены между парами соответствующих колодок 9. Ведомый диск 10 посредством шлицев соединен с внутренним первичным валом 12, а ведомый диск 11 - аналогичным образом с наружным первичным валом 13.
Снаружи, на корпусе 1 установлено уплотнительное устройство 14, выполненное в виде обечайки, с внутренней стороны которой смонтированы четыре манжеты 15, попарно своими рабочими кромками направленные навстречу друг другу с определенным расстоянием между ними, с тремя установленными в соответствующие канавки стопорными кольцами 16. Уплотнительное устройство 14 устанавливается снаружи на корпусе муфты 1 таким образом, что рабочие кромки манжет формируют совместно с корпусом сцепления 1 две полости, в которые через два резьбовых отверстия в корпусе уплотнительного устройства 14 и шланги подводится рабочая жидкость, которая по каналам, выполненным в корпусе 1, подается к цилиндрам. Уплотнительное устройство 14 с помощью буртиков, выполненных на наружной поверхности корпуса 1 и кольца 8, удерживается от осевого перемещения, а посредством кронштейна крепится к картеру коробки передач.
Кольца 7 и 8 с приливами, расположенными аналогичным образом приливам корпуса 1 и служащими упором для ведущих колодок 9, прикрепляются к корпусу муфты 1 с помощью болтового соединения.
Ведущие колодки 9 удерживаются в корпусе 1 между приливами корпуса и колец 7, 8 с помощью подпружиненных направляющих 17, которые находятся в отверстиях, выполненных в корпусе 1 и кольцах 7 и 8, и фиксируются шплинтами.
Для восприятия нагрузок внутренний первичный вал 12 своим выходным концом опирается на шарикоподшипник 18, который расположен в нише коленчатого вала 3 и удерживается накладкой 19. Внутренний 12 и наружный 13 первичные валы связаны через шарикоподшипник 20, который установлен в обойме 21. При этом обойма 21 посредством шлицевого соединения связана с наружным первичным валом 13 и удерживается стопорными кольцами 22 и 23.
Предлагаемое сцепление работает следующим образом. В исходном состоянии муфта сцепления выключена. После запуска двигателя и его частичного или полного прогрева до рабочей температуры автоматический привод переключения передач по команде водителя включает первую передачу. При этом в нейтральном положении коробки передач или селектора гидромеханической передачи микроконтроллер не включит соответствующей первой передаче диск ДМС, независимо от частоты вращения коленчатого вала. При включенной первой передаче и увеличении частоты вращения коленчатого вала двигателя начинается процесс трогания автомобиля. В этом случае микроконтроллер подает команду на распределитель, через который рабочая жидкость подается в первую полость и по каналам в корпусе 1 - в соответствующие рабочие цилиндры. Давление жидкости на поршень 4 обусловливает включение сцепления, обеспечивая плавное поджатие ведущих колодок 9 к ведомому диску 10.
В момент трогания автомобиля с места в автоматическом режиме включается вторая передача, подготавливая процесс переключения трансмиссии на повышенную передачу. При достижении соответствующей скорости движения на первой передаче в зависимости от режима работы двигателя (экономичный или спортивный) управляющий сигнал с микроконтроллера подается на распределитель, который перераспределяет поток жидкости во вторую полость. При этом происходит мгновенное переключение дисков сцепления без разрыва потока мощности и крутящий момент по внешнему первичному валу передается на зубчатую пару второй передачи. И так далее - до пятой передачи, причем одновременно с пятой передачей микроконтроллер оставит включенной и четвертую передачу - на случай увеличения нагрузки, когда обороты двигателя упадут, и понадобится увеличение тягового усилия на ведущих колесах.
В случае если динамика разгона автомобиля положительна, то автомат по команде микроконтроллера включает вторую передачу, а если скорость автомобиля постоянна (ускорение равно нулю или наступает замедление), то первая передача остается включенной. При увеличении нагрузки на ведущих колесах (при отрицательных ускорениях) происходит обратный процесс.
При необходимости движения задним ходом по команде водителя включается передача заднего хода и в работе участвует только диск сцепления наружного вала, включение которого происходит при увеличении частоты вращения коленчатого вала.
Эффект от использования изобретения состоит в том, что увеличивается производительность силовой установки за счет уменьшения потерь в процессе переключения передач без разрыва силового потока, а также за счет значительного сокращения времени переключения, что в свою очередь обусловливает повышение экономических и экологических показателей.
Кроме того, данное техническое решение позволяет автоматизировать процесс переключения передач механических КПП и тем самым повысить потребительские качества транспортных средств, в особенности городских автобусов с механическими КПП.