Что значит центробежное сцепление

Из истории сцепления (окончание)

Центробежный автомат

В 30-х годах 20-го века механическое сцепление приобрело вполне современный вид.
И тогда многие конструкторы озадачились вопросом облегчение работы водителя с ним. На свет появилось множество вариантов автоматического сцепления: гидравлические системы, пневматические…
И хотя самыми простыми и надежными считались (и таковыми были на самом деле) механические конструкции, тем не менее, некоторые применяли и автоматическое сцепление.

Таковым был оборудован французские (опять французы!) автомобили «Тальбо».
При его разработке использовали уже проверенные временем решения – центробежный механизм и барабанные тормоза. Основная деталь конструкции – диск с двумя закрепленными на нем колодками, выполнявшими роль элементов сцепления. Диск же заодно являлся маховиком. Барабан, накрывавший колодки, соединялся через специальную втулку с валом коробки передач. Между колодками находились штоки и отжимные пружины (ну чем не современные тормоза!).
Когда двигатель работал на холостом ходу, пружины отжимали колодки от барабана к центру диска. Стоило двигателю набрать около 400 оборотов, центробежный механизм потихоньку прижимал колодки к барабану. А при 1000 об/мин сцепление было включено полностью.
Чтобы при необходимости можно было тормозить двигателем, в сцеплении предусматривался механизм свободного хода, который допускал вращение диска-маховика относительно барабана по часовой стрелке и препятствовал обратному вращению (как во втулке ведущего колеса велосипеда). В результате двигателем можно было тормозить даже при отключенном сцеплении.

Конструкция, подобная французской, но уже «притороченная» к обычному однодисковому сцеплению, устанавливалась на автомобили Lincoln Continental.

Автоматическое сцепление центробежного типа достаточно надежно работало на многих машинах, особенно на автобусах. Пока в 40-х годах на смену сложным механическим системам не пришли гидравлические автоматические коробки передач.

Надо сказать, что центробежное сцепление не кануло в лету. Сегодня его часто устанавливают на мотороллеры (скутеры) и картинги некоторых классов.

Гидромуфта

Гидромуфта, а правильно это называется «гидравлическим сцеплением», стала известна нашим водителям еще в 30-х годах прошлого столетия. Как впрочем, и всему миру, так англичане прозвали тогда данную систему «гидравлическим маховиком2 – fluid flywell.

Все дело в том, что в этой конструкции на коленчатом валу двигателя вместо привычного маховика стояло ведущее или насосное колесо – половина пустотелого кольца с лопатками. Ведомое – турбинное колесо с меньшим числом лопаток – крепилось на валу силовой передачи. Ведущее колесо составляло одно целое с кожухом гидромуфты. Полость кожуха была заполнена турбинным маслом.

Принцип работы предельно прост. Это как поставить напротив работающего вентилятора другую, свободно закрепленную на оси крыльчатку – она непременно начнет вращаться от потока воздуха. Аналогично работала гидромуфта. Отброшенное насосным колесом масло передавало вращение турбинному колесу.

Отсутствие жесткой связи между двигателем и ведущими колесами было несомненным преимуществом гидромуфты. За счет ее автомобиль мог трогаться с место чрезвычайно плавно и мягко, что было редким явлением для машин того времени. К тому же, авто, оснащенное гидравлическим сцеплением, можно остановить тормозами при включенной передаче, а при этом не глох.

Бесспорно, потери энергии в гидромуфте неизбежны – турбинное колесо всегда крутится медленнее насосного. И, тем не менее, при 3000 об/мин его скорость лишь на 2-2,5% меньше, чем у ведущего.

Гидромуфта крайне редко подводила водителей. До сих пор встречаются раритетные «ЗИМы», на которых она все еще исправно работает.

Правда, так как устройство, по существу, не являлось сцеплением, заменить его полностью оно не могло. Поэтому на советских «ЗИМах» между гидромуфтой и коробкой передач все равно устанавливали обычное фрикционное сцепление.

Ничего не напоминает? Правильно, сегодня этот узел прочно вошел в состав единой системы автоматической коробки передач под именем гидротрансформатор. Именно этот агрегат обеспечивает непрерывность работы двигателя при остановке автомобиля с включенной передачей, а также способствует плавности передачи тягового усилия.
…
Сегодня специалисты прочат традиционному сухому однодисковому сцеплению не очень-то долгий отрезок на оставшуюся жизнь – от силы, лет 10-15. Тем более что не так давно на общепотребительский рынок из мира автоспорта спустилась КПП с двойным сцеплением – «роботизированная» коробка – нечто среднее, вобравшее в себя самое лучшее двух коробок – механики и автомата (по крайней мере, таковы были стремления разработчиков).
Однако многие производители, за короткий срок вкусившие немало проблем при реализации технологии «робота», вернулись к беспроблемному классическому автомату и идеям его модернизации.

А дальше, обещают они, на смену придет что-нибудь кардинально новое… или снова — забытое, но заново переработанное.

Центробежное сцепление автомобилей

Во всех пружинных типах сцеплений сила сжатия ведущих и ведомых деталей постоянна. Она не зависит от передаваемого через сцепление крутящего момента. Поэтому при выключении сцепления всегда приходится преодолевать одно и то же усилие пружин, независимо от величины крутящего момента, который зависит от условий движения автомобиля. Это значительно усложняет работу водителя. Так, в условиях городского движения водителю автобуса приходится пользоваться сцепление до двух тысяч раз за смену. Снижение затрат физических усилий при выключении сцепления достигается применением полуцентробежных и центробежных сцеплений.

Полуцентробежное сцепление

Полуцентробежным называется фрикционное сцепление, в котором сжатие ведущих и ведомых деталей осуществляется совместно пружинами и центробежными грузиками.

В полуцентробежном сцеплении (схема 1) применяются более слабые нажимные периферийные пружины 2 и центробежные грузики 1, выполненные за одно целое с рычагами выключение сцепления. Усилие сжатия зависит от скорости вращения центробежных грузиков, т.е. от частоты вращения коленчатого вала двигателя.

Схема 1 – Полуцентробежное сцепление

1 – грузик; 2 — пружина

Чем больше частота вращения коленчатого вала, тем больше центробежные силы, действующие на грузики, и тем больше усилие, создаваемое грузиками, и наоборот. Поэтому при трогании автомобиля с места для удержания педали сцепления в выключенном состоянии, когда частота вращения коленчатого вала низкая, требуется небольшое усилие. Но при переключении передач, особенно при высоких скоростях движения автомобиля, к педали сцепления необходимо прикладывать значительное усилие для преодоления суммарной силы сжатия пружин и центробежных грузиков. Кроме того, при движении автомобиля в тяжелых дорожных условиях с небольшой скоростью сцепление может пробуксовывать, что приводит к снижению его долговечности. В связи с этим полуцентробежные сцепления на современных автомобилях применяются очень редко.

Центробежное сцепление

Центробежным называется фрикционное сцепление, в котором сжатие ведущих и ведомых деталей осуществляется центробежными грузиками.

Центробежное сцепление является разомкнутым. Оно выключено при неработающем двигателе и выключается автоматически при малой частоте вращения коленчатого вала.

При выключенном сцеплении реактивный диск 2 (схема 2) находится на некотором расстоянии от нажимного диска 1. Положение реактивного диска обусловлено рычагами 5, концы которых упираются в выжимной подшипник муфты 6 выключения, а муфта фиксируется упором 7. Нажимной диск подтягивается к реактивному диску отжимными пружинами 8. Это обеспечивает необходимый зазор между нажимным диском 1, ведомым диском 10 и маховиком 11 двигателя.

Схема 2 – Центробежное сцепление легкового автомобиля

а – схема; б – конструкция; 1 – нажимной диск; 2 – реактивный диск; 3 – кожух; 4, 8 – пружины; 5 – рычаг; 6 – муфта; 7 – упор; 9 – грузик; 10 – ведомый диск; 11 — маховик

При увеличении частоты вращения коленчатого вала двигателя центробежные грузики 9 под действием центробежных сил расходятся. Грузики, упираясь хвостовиками в нажимной 1 и реактивный 2 диски, перемещают нажимной диск к маховику, создавая при этом давление на ведомый диск 10. При небольшой деформации пружин 4, что происходит даже при незначительном увеличении частоты вращения коленчатого вала, рычаги 5 выключения поворачиваются на своих опорах, и между концами рычагов 5 и выжимным подшипником муфты 6 выключения образуется необходимый зазор.

При торможении автомобиля до полной остановки сцепление автоматически выключается и исключает остановку двигателя. При переключении передач сцепление выключается с помощью педали. Торможение автомобиля двигателем при малых скоростях движения (на спуске, при движении накатом) возможно только при перемещении упора 7, для чего имеется специальный привод с места водителя. В этом случает сцепление включается нажимными пружинами 4, установленными между реактивным диском 2 и кожухом 3, и сцепление становится постоянно замкнутым.

Центробежное сцепление обеспечивает плавность включения при трогании автомобиля с места и автоматическое выключение при снижении частоты вращения коленчатого вала до минимального значения, препятствуя остановке двигателя. Однако сцепление может пробуксовывать при малых скоростях движения автомобиля в тяжелых дорожных условиях.

Как работает сцепление, каковы его типичные неисправности, и как их избежать

Важным элементом механической трансмиссии является сцепление, которое служит для кратковременного отсоединения двигателя от трансмиссии. Кроме того, сцепление является своеобразным демпфером, защищающим двигатель от перегрузок. Как оно работает, и как продлить его жизнь?

Как работает сцепление?

В большинстве легковых автомобилей с механической коробкой передач используется сухое однодисковое сцепление. Его конструкция довольно проста: это два взаимно прилегающих диска – ведущий (корзина) и ведомый, выжимной подшипник и система привода. В однодисковом варианте первичный вал коробки передач входит в шлицевую муфту в центре ведомого диска, а поверхности маховика двигателя, накладок ведомого диска и нажимного диска корзины плотно прилегают друг к другу. За счет этого и обеспечивается передача потока мощности от двигателя к коробке передач, причем исправное сцепление спокойно «переваривает» всю мощность, развиваемую двигателем.

В обиходе ведущий диск сцепления, включающий в себя нажимной диск (с гладкой блестящей поверхностью), диафрагменную пружину (лепестки в центре) и кожух, называют корзиной

При нажатии на педаль сцепления выжимной подшипник воздействует на пластинчатые пружины корзины, из-за чего поверхности ведомого и ведущего дисков рассоединяются. Соответственно, происходит отключение первичного вала от маховика – то есть, физическое рассоединение двигателя и коробки передач, что позволяет переключить передачу или включить «нейтралку». При включении сцепления (отпускании педали) выжимной подшипник перестает давить на пластинчые пружины, и диски снова смыкаются, а демпферные пружины в центральной части ведомого диска гасят крутильные колебания, возникающие в движении.

Хорошо видны четыре демпферные пружины ведомого диска сцепления, а также изношенные фрикционные накладки

При нормальной работе сцепления оно не привлекает к себе внимания. Но при его неисправности водитель, к примеру, не сможет включить передачу или тронуться с места. Какие же возможны проблемы?

Какие неисправности могут возникнуть при работе сцепления?

Итак, с какими же проблемами в работе сцепления можно столкнуться на практике? Во-первых, это неполное выключение сцепления — как говорят опытные водители, оно «ведёт». При нажатии педали поверхности маховика и ведомого и ведущего дисков в таком случае не размыкаются полностью, и попытки переключить передачу сопровождаются хрустом и скрежетом кареток сихронизаторов, ведь полного разъединения коробки передач и мотора не происходит.

Обратная неприятность – пробуксовка сцепления: то есть, его неполное включение. При этом поверхности маховика, ведомого диска и ведущего диска, наоборот, неплотно прилегают друг к другу и проскальзывают, из-за чего может возникнуть характерный запах горелых фрикционных накладок ведомого диска, а попытка резко набрать скорость приводит лишь к увеличению оборотов коленчатого вала. От двигателя на колёса при этом передается лишь небольшая часть мощности – до тех пор, пока износ поверхностей не становится критическим.

Если сцепление «буксует», вместо автомобиля «разгоняется» только стрелка тахометра

Наконец, возможны и такие неисправности, как возникновение вибраций и посторонних призвуков при включении-выключении сцепления.

Из-за чего возникают неисправности сцепления?

Обычно каждая возникшая проблема со сцеплением имеет свою предысторию. К примеру, сцепление может начать буксовать из-за сильного износа на больших пробегах автомобиля, когда фрикционные накладки ведомого диска износились, а рабочие поверхности корзины и маховика имеют выработку.

Во-вторых, сцепление можно просто «сжечь» — например, по неопытности или после длительных перегрузок. Такое, к примеру, бывает у любителей длительных выездов «враскачку» на бездорожье или в глубоком снегу, а также у поклонников резких стартов с педалью газа в пол.

Центробежное сцепление скутера

Устройство и принцип работы центробежного сцепления скутера (в народе: «заднего вариатора»)

По своей конструкции центробежное сцепление скутера, устанавливаемое на большинство моделей, гениально. И как все гениальное — просто.
В связи с этим оно отличается высокой надежностью, простотой обслуживания и ремонта.

Конструкция центробежного сцепления.

1. Барабан сцепления (колокол).
2. Первичный вал с платой и конусом ведомого шкива.
3. Колодка сцепления.
4. Вторичный вал.
5. Фрикционная накладка.
6. Пружина.
7. Втулка.
8. Подшипник.
9. Ремень вариатора.

Принцип работы

Крутящий момент от работающего на холостых оборотах двигателя с ведущего шкива предается на ведомый 2 посредством ремня вариатора 9. Происходит свободное вращение первичного вала вместе с платой сцепления. Так как обороты невелики, то усилие пружин 6 обеспечивает максимальное сдвижение колодок 3, и их контакта с барабаном 1, жестко установленном на вторичном валу 4, не происходит.

При повышении оборотов двигателя увеличивается угловая скорость вращения первичного вала 2 с платой сцепления. Соответственно увеличивается центробежная сила, показанная красными стрелками. Колодки 3, преодолевая упругость пружин 6, раздвигаются и посредством фрикционных накладок 5 входят в соприкосновение с барабаном 1. Происходит передача части крутящего момента вторичному валу с нарастанием пропорционально оборотам. Скутер трогается с места. С повышением оборотов сила, прижимающая накладки, возрастает, и трение скольжения постепенно становится статичным, полностью передавая движение на ведущее колесо. При сбрасывании оборотов все происходит в обратном порядке. Согласитесь, очень простая и удобная конструкция. Поэтому центробежное сцепление скутера так распространено.

Типичные неисправности сцепления

В основном владельцы производят ремонт центробежного сцепления скутера для замены колодок 2 в связи с износившимся фрикционным слоем. Обычно эта неисправность характеризуется необходимостью значительно повышать обороты двигателя для того, чтобы тронуться с места. Если же происходит заклинивание колодок, что достаточно редко, то это сопровождается вращением ведущего колеса на холостых оборотах.

Со временем пружины 1 растягиваются, что приводит сначала к неустойчивой работе двигателя на холостых оборотах, а затем и к неполному выключению сцепления. Это сопровождается «желанием ехать» на малых оборотах. При поломке пружины на холостых оборотах возникает вибрация и толчки, которые постепенно пропадают с увеличением оборотов и скорости. Ремонт заднего вариатора скутера, как многие называют сцепление, состоит в замене всех пружин. Иначе кроме разбалансировки получится неравномерный износ фрикционных накладок.

Износ барабана 4 обычно сопровождается появлением на его внутренней поверхности, контактирующей с колодками, концентрических борозд. При их появлении следует произвести проточку и шлифовку барабана, если есть такая возможность. Если же нет, то заменить барабан.

Низкая тяга, плохое движение под уклон, повышенный шум, который производит центробежное сцепление скутера, свидетельствует о выходе из строя подшипников вала. Их необходимо заменить, иначе может произойти заклинивание.

Плата сцепления обычно не доставляет проблем владельцу. Случаи ее разрушения очень редки и, в основном, связаны с заводским производственным браком.

Как видим, благодаря своей простоте, такая трансмиссия надежна и в случае ремонта не требует больших затрат и умения. Нужно просто быть внимательнее к различным проявлениям неисправностей и своевременно их устранять.

АВТОМАТИЧЕСКОЕ ЦЕНТРОБЕЖНОЕ СЦЕПЛЕНИЕ

Когда-то давно, обучаясь в Московском автомеханическом институте (МАМИ), мне, как и всем другим студентам, приходилось делать курсовые проекты. Однако конструировать «нечто теоретическое», по большей части абстрактное и никому не нужное, мне было не очень интересно, поэтому я всегда старался получить задание на разработку реального узла или агрегата, который можно изготовить и использовать затем в жизни. Одной из таких тем было автоматическое сухое сцепление для небольших сельскохозяйственных машин. И вот, спустя много лет, когда у меня возникла необходимость срочной замены клиноременного привода приусадебного минитрактора на более надежный цепной, я неожиданно вспомнил о той давней своей работе. Понадобилось сцепление! Порылся в старом портфеле, нашел институтские эскизы, немного их доработал и взялся за инструменты. Никакой теории в этот раз не просчитывал, только «чистая практика», основными критериями которой было использование готовых основных деталей, технологичность, доступная в условиях «почти на коленке», и быстрота изготовления. На все работы потребовался один световой день.

Автоматическое центробежное сухое сцепление устанавливается непосредственно на коленчатый вал мотора (в данном случае это двигатель Honda GX, у которого много аналогов) без всякой его дополнительной доработки. Настроек и специального обслуживания конструкция не требует. Она разборная и имеет хорошую ремонтопригодность и может найти применение в трансмиссиях не только мотоблоков и тракторов, но и на снегоходах, картах, мотороллерах, небольших автомобилях.

За основу взято стандартное сцепление от скутера Honda Dio: использовалась его плата сцепления без изменений и барабан, который был проточен под оригинальную втулку. Эта втулка и фланец (позиции 5 и 12 на сборочном чертеже) изготовлены из стали 45. В качестве привода взята ведущая звездочка мотоцикла «Минск» («Восход») — деталь распространенная и доступная. Она предварительно прошла термический отпуск, обработана (проточена) под размер посадочного места втулки, после чего была произведена ее закалка. Звездочка запрессована на втулку и зафиксирована сваркой. В принципе эту сборку можно сделать единой деталью, но трудоемкость была бы много выше, поэтому не стал заморачиваться усложнениями.

Внешний вид узла, установленного на самодельный минитрактор

Доработанный барабан также запрессован на втулку и закреплен сваркой. Подшипник использован легкой серии 6006. Во втулке он фиксируется от бокового смещения кернением. Шкив взял от ранее стоящего на тракторе ременного привода вспомогательного оборудования (генератора или гидронасоса). Для особо тяжелых условий эксплуатации вместо шкива есть возможность установки дополнительного подшипника на вал двигателя, служащего для разгрузки штатного подшипника коленвала ДВС. Если отказаться от использования шкива, то сцепление получится очень компактным, в пределах габаритов вала двигателя.

Центробежное сцепление. Сборочный чертеж:
1 — шкив; 2 — подшипник 6006; 3 — плата сцепления Honda Dio (в сборе без изменений); 4 — барабан Honda Dio; 5 — втулка; 6 — вал двигателя (диаметр 19 мм); 7 — шпонка; 8 — шайба; 9 — винт М8х35; 10 — шайба; 11 — звездочка (15 зубьев от мотоцикла «Минск» или «Восход»); 12 — фланец; 13 — втулка

Как ни странно, но самым сложным этапом в моих гаражных условиях оказалось изготовление шпоночного паза на фланце (позиция 12). Пришлось подумать не только о конструкции, но и о технологии. Для этого был выточен шток с переходной посадкой. Он был вставлен во фланец и с помощью сверлильного станка (не ручной дрели!) в месте стыковки этих деталей сделано отверстие диаметром 5 мм. Затем плоским напильником (его узкой боковой гранью) полукруглый паз был доведен до нужной, прямоугольной формы.

Аналогичная операция была проведена и с ведомой звездочкой привода.

Автоматическое центробежное сухое сцепление

Проведенные ходовые испытания сцепления показали хорошие результаты. Трактор с полным приводом уверенно двигался по весеннему размякшему снегу на четвертой передаче. Диапазон скоростей изменялся от 3 до 15 км/ч, при этом корпус сцепления оставался холодным. Момент его срабатывания также оказался приемлемым.

Также вы можете купить уже готовое сцепление, выиграв необходимую сумму на https://vulkanchampionclub.com/ и посетив магазин.

Не обошлось и без тестирования на максимальную нагрузку: уткнул трактор в дерево с включенными мостами и блокировками — колеса уверенно буксовали, а нагрев сцепления оставался в допустимых пределах. А демонстрируя устройство соседям и друзьям, смеюсь — говорю, что еще раз, теперь уже на практике, защитил свой старый курсовой проект. Словом, не зря учился!

Плюсы и минусы использования автоматического сцепления на вездеходной технике

Приветствую! Как на самодельные, так и на серийно выпускаемые вездеходы часто устанавливаются китайские двигатели Лифан или их аналоги под другими марками. Эти моторы обычно устанавливаются вместе с понижающим редуктором и автоматическим сцеплением, либо с вариатором. И в том, и в другом случае сцепление получается автоматическим; при увеличении оборотов двигателя вездеход страгивается с места.

Но на вездеходной технике вполне может использоваться и обычное сцепление, как в автомобиле. Опираясь на свой опыт эксплуатации самодельного трайка из мотоцикла Урал, я постараюсь выделить основные преимущества и недостатки автоматического сцепления по сравнению с принудительным.

Видео по статье:

Напомню, что изначально трицикл был с родными Ураловскими двигателем, КПП и, соответственно, сцеплением. Сейчас же там установлен китайский двигатель Forza (аналог Lifan) с понижающим редуктором и автоматическим сцеплением, плюс КПП от “классики”. Подробнее про трайк можете почитать в этой статье. Конечно, это не совсем вездеход, но, думаю, основные принципы управления те же.

Преимущества автоматического сцепления

Итак, не углубляясь в особенности работы центробежного сцепления или вариатора, перечислим основные достоинства данного решения на вездеходе:

• Простота конструкции. Сцепление срабатывает автоматически в результате центробежной силы, что уже исключает необходимость применения гидравлических или механических приводов. Если взять в пример понижающий редуктор с центробежным сцеплением для двигателя Лифан, то его конструкция предельно проста. Ломаться там почти нечему, разве что диски со временем стираются. С вариатором чуть посложнее.
• Двигатель не глохнет при перегрузках. Если, скажем, на автомобиле мы будем страгиваться на низких оборотах, то двигатель, скорее всего, заглохнет. В случае с автоматическим сцеплением такая ситуация исключена. И это является огромным плюсом на бездорожье.
• Удобство. Не нужно выжимать сцепление: поддал газу — поехал, сбросил газ — остановился или переключил передачу.

Теперь недостатки:

• Сложнее контролировать крутящий момент на колесах. Например, с автоматическим сцеплением ехать внатяг на холостых оборотах не получится.
• При езде на малых оборотах диски автоматического сцепления быстро изнашиваются, т.к. центробежной силы недостаточно для их сжатия, что способствует их проскальзыванию.
• Невозможность мгновенного выключения сцепления. Пока обороты двигателя не снизятся до холостых, сцепление не отключится. Это мешает при переключении передач и, например, попытке выбраться из ямы враскачку.

Вот вроде бы все основные моменты, касающиеся использования автоматического сцепления на вездеходной технике.

Вывод

Что касается моего самодельного трайка, то после установки китайского мотора с центробежным сцепление, ехать по бездорожью стало гораздо легче. Можно страгиваться на любой передаче вплоть до третьей, при этом двигатель не заглохнет даже в тяжелых условиях, чего нельзя было сказать об Ураловском моторе. Конечно, тут дело еще в передаточных числах трансмиссии; первая передача с Ураловским двигателем была слишком быстрой для бездорожья.

Пишите в комментариях, что думаете по поводу использования автоматического сцепления на вездеходной технике.

Читайте также:

Плюсы и минусы использования автоматического сцепления на вездеходной технике: 4 комментария

У меня делема. Хочу купить мотосабачку на 380 гусянке. Не могу выбрать с понижающим редуктором или с вариатором сафари. Что вы скажите про вариатор?

Пока ничего интересного — нет опыта эксплуатации вариатора

Здравствуйте а если зведочку поставить на 32 зуба какой эфект будет на 6.5 двигателе спасибо заранее

Здравствуйте. Повысится скорость, снизится тяга. Через пару недель будем на трицикл ставить ведомую звезду на 26 зубьев вместо 37. Посмотрим, что из этого выйдет. Будет видео