АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ СЦЕПЛЕНИЕ
AUTOMATIC CLUTCH

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в автотракторных силовых агрегатах общего и специального назначения.
Автоматизированное сцепление содержит колодки с фрикционными накладками, два ведомых диска, установленных на внутреннем и наружном первичных валах с расположением рабочих поверхностей между упорными кольцами и трущимися поверхностями колодок, согласно предлагаемому изобретению кожух сцепления с осевым отверстием и тремя окнами на боковой образующей прикреплен к рабочей поверхности маховика, а к внутренней плоскости кожуха прикреплено упорное кольцо, которое своей рабочей плоскостью обращено к плоскости маховика, при этом между рабочими плоскостями маховика и упорного кольца, на шлицах первичного вала коробки передач, смонтирован ведомый диск, представляющий собой ступицу со шлицами для установки на первичный вал и внутренней цилиндрической полостью под сальники уплотняющего устройства, а также фланцем, выполненным в передней части ступицы и к которому, с обеих сторон, прикреплены, с обеспечением возможности углового перемещения и трения вспомогательный диск и диск-основание, при этом во всех трех элементах, а именно фланце и дисках, выполнены совмещенные окна, в которых вмонтированы демпфирующие пружины или резиновые упругие элементы, а на периферийной части диска-основания, по обе его стороны, прикреплены торообразные объемные камеры, соединенные между собой посредством отверстий, выполненных в диске-основании и боковых образующих торообразных камер, к наружным боковым поверхностям которых прикреплены несущие кольца, в которых выполнены радиальные направляющие в виде, например, ласточкина хвоста для установки и фиксации фрикционных колодок с накладками, контактирующими с рабочими поверхностями маховика и упорного кольца при подаче рабочего тела в полости торообразных камер, под давлением, через управляющий клапан, при подаче управляющего сигнала от микроконтроллера, чем достигают плавное включение сцепления, при этом на каждом несущем кольце установлены, например, три колодки под углом 120° относительно друг друга, кроме того, на плоскости несущего кольца, обращенной к рабочей поверхности упорного кольца, между фрикционными колодками, выполнено резьбовое отверстие, связывающее полости торообразных объемных камеры с ввинченным в него тройником, в одно из резьбовых отверстий которого ввинчен клапан для прокачки системы, а во второе - гибкий шланг высокого давления, связанный с радиальным резьбовым отверстием, выполненным в стенке цилиндрической полости ступицы ведомого диска, между уплотняющими сальниками, установленными во внутренней части ступицы и имеющими контакт своими рабочими кромками с цилиндрической поверхностью первичного вала, по обе стороны от радиального отверстия, связывающего полость ступицы с осевым каналом первичного вала, а вторым радиальным отверстием осевой канал вала связан с аналогичным уплотняющим устройством, смонтированным в приливе корпуса сцепления, вокруг первичного вала, и посредством канала, выполненного в приливе в виде ребра, выведено наружу и заканчивается резьбовым отверстием под подводящий штуцер нагнетательной магистрали.
Источником давления рабочего тела может служить гидравлический насос индивидуальной гидравлической системы или может быть использовано давление масла ДВС или коробки передач, а также сжатый воздух пневмосистемы.
При этом осевой канал первичного вала может быть отведен в сторону маховика и связан с системой смазывания двигателя через полость в нише фланца коленчатого вала, и уплотнен посредством сальника, установленного в посадочном месте ниши и своей рабочей кромкой контактирующего с цилиндрической поверхностью окончания первичного вала.
Также кожух сцепления может быть разделен на две полости дополнительным упорным кольцом, закрепленным в средней части кожуха, и в каждой из полостей установлен ведомый диск, который посредством ступицы со шлицами монтируют на шлицевой части одного из двух первичных валов коробки передач с коаксиальным их расположением, при этом подводящий канал наружного первичного вала направлен в сторону коробки передач к подводящему уплотнительному устройству, выполненному в корпусе передней стенки коробки передач, а подводящий канал внутреннего первичного вала направлен в сторону маховика к подводящему уплотняющему устройству, выполненному в нише коленчатого вала.
При этом в качестве демпфирующих элементов вместо пружин могут использоваться резиновые упругие элементы.
В качестве рабочего тела может быть использован сжатый воздух.
Описание изобретения
Известна 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 RU 2292495 C1,  МПК F16D 13/44 "Муфта сцепления", Баженов С.П. и др., ЛГТУ. №20051244/11 от 01.08.2005. Бюл. №3 от 27.01.2007 г.). 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.
Известна также двухпоточная муфта сцепления (ДМС) дискового типа (см. патент RU 2357125 C1, МПК F16D 13/60 "Двухпоточная муфта сцепления", Грабовский А.А., Ломовцев П.А. ПТУ. №2007134640/11 от 17.09.2007 г. Бюл. №15 от 27.05.2009), предназначенная для передачи крутящего момента от двигателя внутреннего сгорания на коробку передач. Корпус муфты выполнен в виде обечайки, внутри которой имеются три прилива, расположенные под углом 120° относительно друг друга, с равными промежутками между ними. В каждом из приливов выполнены по два цилиндра, направленные в диаметрально противоположные стороны и смещенные относительно друг друга, в которых располагаются поршни, на поверхности которых выполнены канавки под уплотнительные кольца. В каждом из цилиндров выполнена трапецеидальная канавка под уплотнительное кольцо, которое выполняет также функцию возврата поршня за счет собственной упругой деформации. К корпусу муфты прикрепляются два кольца с тремя аналогично расположенными приливами. На наружной поверхности корпуса выполнен венец, находящийся в зацеплении с соответствующим внутренним венцом, выполненным в корпусе маховика. Снаружи на корпусе муфты сцепления установлено уплотнительное устройство, выполненное в виде обечайки, с внутренней стороны которой смонтированы четыре манжеты с тремя стопорными кольцами, формирующие совместно с корпусом сцепления две полости, в которые через шланги подводится рабочая жидкость.
В указанной ДМС в качестве существенных недостатков можно выделить значительное число деталей, входящих в состав муфты, сложность замены деталей трения (колодок); сложность использования в силовых установках на основе ДВС с двумя коленчатыми валами.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является упрощение конструкции и увеличение производительности силовой установки за счет упрощения механизма включения и выключения, а также снижение числа используемых деталей, что, в свою очередь, обусловливает повышение экономических и экологических показателей, а кроме того, автоматизацию процесса переключения передач механических КПП с соосными или разнесенными первичными валами (для ДВС с двумя параллельными коленчатыми валами), с целью повышения потребительских качеств транспортных средств, соответственно с парными или одинарными ведомыми валами.
Это достигается тем, что в автоматизированном сцеплении, содержащем колодки с фрикционными накладками, два ведомых диска, установленных на внутреннем и наружном первичных валах с расположением рабочих поверхностей между упорными кольцами и трущимися поверхностями колодок, согласно предлагаемому изобретению кожух сцепления с осевым отверстием и тремя окнами на боковой образующей прикреплен к рабочей поверхности маховика, а к внутренней плоскости кожуха прикреплено упорное кольцо, которое своей рабочей плоскостью обращено к плоскости маховика, при этом между рабочими плоскостями маховика и упорного кольца, на шлицах первичного вала коробки передач, смонтирован ведомый диск, представляющий собой ступицу со шлицами для установки на первичный вал и внутренней цилиндрической полостью под сальники уплотняющего устройства, а также фланцем, выполненным в передней части ступицы и к которому, с обеих сторон, прикреплены, с обеспечением возможности углового перемещения и трения вспомогательный диск и диск-основание, при этом во всех трех элементах, а именно фланце и дисках, выполнены совмещенные окна, в которых вмонтированы демпфирующие пружины, а на периферийной части диска-основания, по обе его стороны прикреплены торообразные объемные камеры, соединенные между собой посредством отверстий, выполненных в диске-основании и боковых образующих торообразных камер, к наружным боковым поверхностям которых прикреплены несущие кольца, в которых выполнены радиальные направляющие в виде, например, ласточкина хвоста для установки и фиксации фрикционных колодок с накладками, контактирующими с рабочими поверхностями маховика и упорного кольца, при этом на каждом несущем кольце установлены, например, три колодки под углом 120° относительно друг друга, кроме того, на плоскости несущего кольца, обращенной к рабочей поверхности упорного кольца, между фрикционными колодками, выполнено резьбовое отверстие, связывающее полости торообразных объемных камер с ввинченным в него тройником, в одно из резьбовых отверстий которого ввинчен клапан для прокачки системы, а во второе - гибкий шланг высокого давления, связанный с радиальным резьбовым отверстием, выполненным в стенке цилиндрической полости ступицы ведомого диска, между уплотняющими сальниками, установленными во внутренней части ступицы и имеющие контакт своими рабочими кромками с цилиндрической поверхностью первичного вала, по обе стороны от радиального отверстия, связывающего полость ступицы с осевым каналом первичного вала, а вторым радиальным отверстием осевой канал вала связан с аналогичным уплотняющим устройством, смонтированным в приливе корпуса сцепления, вокруг первичного вала, и посредством канала, выполненного в приливе в виде ребра, выведено наружу и заканчивается резьбовым отверстием под подводящий штуцер нагнетательной магистрали.
Источником давления рабочего тела может служить гидравлический насос индивидуальной гидравлической системы или может быть использовано давление масла ДВС или коробки передач, а также сжатых воздух пневмосистемы.
При этом осевой канал первичного вала может быть отведен в сторону маховика и связан с системой смазывания двигателя через полость в нише фланца коленчатого вала и уплотненный посредством сальника, установленного в посадочном месте ниши и своей рабочей кромкой контактирующего с цилиндрической поверхностью окончания первичного вала.
Также кожух сцепления может быть разделен на две полости дополнительным упорным кольцом, закрепленным в средней части кожуха и в каждой из полостей установлен ведомый диск, который посредством ступицы со шлицами монтируют на шлицевой части одного из двух первичных валов коробки передач с коаксиальным их расположением, при этом подводящий канал наружного первичного вала направлен в сторону коробки передач к подводящему уплотнительному устройству, выполненному в корпусе передней стенки коробки передач, а подводящий канал внутреннего первичного вала направлен в сторону маховика к поводящему уплотняющему устройству, выполненному в нише коленчатого вала.
При этом в качестве демпфирующих элементов вместо пружин могут использоваться резиновые упругие элементы.
В качестве рабочего тела может быть использован сжатый воздух.
На чертеже изображен общий вид автоматического сцепления в разрезе.
Заявленное техническое решение представляет собой кожух 1 с осевым отверстием и тремя окнами на боковой образующей, прикрепленный к рабочей поверхности маховика 2 болтами 3, а к внутренней плоскости кожуха 1 прикреплено, посредством болтов 4, упорное кольцо 5, которое своей рабочей плоскостью обращено к плоскости маховика 2. На шлицах первичного вала 6 коробки передач смонтирован ведомый диск, представляющий собой ступицу 7 со шлицами, на внутренней образующей и внутренней цилиндрической полости с расположенными в ней сальниками 8 отводящего уплотняющего устройства. На передней части ступицы 7 выполнен за одно целое со ступицей фланец, к которому приклепаны с обеих сторон вспомогательный диск 9 и диск-основание 10, с обеспечением возможности их углового перемещения и трением о рабочую поверхность фланца, при этом во всех трех элементах выполнены совмещенные окна, в которых монтируются демпфирующие спиральные пружины или резиновые упругие элементы 11. На периферийной части диска-основания 10, по обе его стороны, прикреплены торообразные объемные камеры 12, к наружным боковым поверхностям которых прикреплены несущие кольца 13. Следует заметить, что полости торообразных камер 12 соединены между собой отверстиями, выполненными во внутренних боковых образующих и стенке диска-основания 10. На торцевых плоскостях указанных колец 9 выполнены радиальные направляющие в виде ласточкина хвоста для установки и фиксации фрикционных колодок 14, при этом на каждом несущем кольце 9 установлены, например, три колодки под углом 120° относительно друг друга, являющихся элементами передачи крутящего момента с маховика 2 и упорного кольца 5 на ведомый диск. На плоскости несущего кольца 13, между фрикционными колодками 14, выполнено резьбовое отверстие, связывающее полости торообразных объемных камер 12 с тройником 15. В одно из резьбовых отверстий тройника 15 ввинчен клапан 16 для прокачки системы (удаления воздуха), а во второе - гибкий шланг высокого давления 17, соединенный с радиальным резьбовым отверстием, выполненным в стенке цилиндрической полости ступицы 7 ведомого диска, между уплотняющими сальниками 8. Сальники 8 запрессовывают в посадочные места полости ступицы 7, при этом обеспечивается связь между осевым каналом первичного вала 6 и шланга высокого давления 17 через радиальное отверстие в теле вала между сальниками. Второе радиальное отверстие связывает канал первичного вала 6 с аналогичным подводящим уплотняющим устройством, выполненным в приливе корпуса сцепления и связанным с гидравлической системой нагнетательной магистралью. Источником давления рабочего тела может служить гидравлический насос индивидуальной гидросистемы или может быть использовано давление масла ДВС или коробки передач.
Автоматическое сцепление работает следующим образом. В исходном состоянии сцепление выключено, торообразные объемные камеры 12 заполнены маслом и вся система прокачана, т.е. через клапан 16 тройника 15 из системы удален воздух. При использовании в качестве рабочего тела сжатого воздуха торообразные камеры выполняют роль пневмокамер и в исходном состоянии давление внутри камер равно атмосферному. После запуска двигателя и его частичного или полного прогрева, перед трехпозиционным электромагнитным клапаном управления, соединяющим торообразные полости ведомого диска с нагнетательной или сливной магистралью или запирающим их в среднем положении, создается давление от масляной системы (давление воздуха). При включении первой передачи и увеличении частоты вращения коленчатого вала начинается процесс трогания. Микроконтроллер подает управляющий сигнал на привод управляющего клапана, через который давление рабочей жидкости или воздуха по трубопроводу поступает через штуцер в корпусе сцепления к уплотняющему подводящему устройству в приливе корпуса сцепления. Дальше давление, через соединение и центральный осевой канал первичного вала 6, поступает к отводящему уплотняющему устройству в ступице 7 ведомого диска, а затем через штуцер и шланг высокого давления 17, через тройник 15, поступает в полости торообразных объемных камер 12. Давление рабочего тела на стенки торообразных объемных камер 12 деформирует их, осуществляя поджатие прикрепленных к ним фрикционных колодок 14 к маховику 2 и упорному кольцу 5, обеспечивая плавное включение сцепления. После трогания автомобиля на первой передаче и набора определенной скорости микроконтроллер подает команду на переключение на вторую передачу. Происходит стравливание давления из полостей торообразных объемных камер 12, при этом происходит отвод фрикционных колодок 14 от маховика 2 и упорного кольца 5, что обеспечивает разрыв потока мощности и после выключения первой и включения второй передачи подается команда на включение сцепления. При включении последующих передач процесс аналогичен. Однако, в случае реализации данного сцепления при использовании двух первичных валов или ДВС с двумя коленчатыми валами, первая и вторая передачи, выполненные на различных валах, включаются одновременно. И, после набора скорости на первой передаче, происходит отключение одного сцепления и практически мгновенно включение второго, что обеспечивает переключение передач без разрыва потока мощности. Дальше с выключением первой передачи происходит одновременное включение третьей передачи, подготавливающей коробку к дальнейшему изменению передаточного числа и увеличению скорости. При нулевой или отрицательной динамике разгона происходит обратное переключение передач.
Эффект от использования изобретения состоит в том, что упрощается конструкция силовой установки за счет уменьшения числа деталей, а также за счет сокращения времени переключения, что, в свою очередь, обусловливает повышение экономических, динамических 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.
Кроме того, данное техническое решение может с успехом использоваться в двигателе со сдвоенным коленчатым валом.