Сцепление — механическое устройство, позволяющее отсоединить выходной вал от вращающегося входного вала . [1] Входной вал сцепления обычно присоединяется к двигателю , а выходной вал сцепления соединяется с механизмом, выполняющим работу .
В автомобиле сцепление действует как механическое соединение между двигателем и трансмиссией . При отключении сцепления частота вращения двигателя (об/мин) больше не определяется скоростью ведущих колес.
Другой пример использования сцепления – электрические дрели . [2] Входной вал сцепления приводится в движение двигателем, а выходной вал соединен со сверлом (через несколько промежуточных компонентов). Муфта позволяет сверлу либо вращаться с той же скоростью, что и двигатель (сцепление включено), либо вращаться с меньшей скоростью, чем двигатель (сцепление проскальзывает), либо оставаться неподвижным, пока двигатель вращается (сцепление отключено).
Сухое сцепление использует сухое трение для передачи мощности от входного вала к выходному валу, например, фрикционный диск прижимается к маховику двигателя автомобиля . Большинство сцеплений являются сухими, особенно в автомобилях с механической коробкой передач . Иногда требуется проскальзывание фрикционной муфты (когда сцепление частично включено, но валы вращаются с разной скоростью), например, когда автомобиль ускоряется с места; однако проскальзывание следует свести к минимуму, чтобы избежать увеличения скорости износа.
В сцеплениях тягового типа нажатие педали приводит к выжимному подшипнику и выключает сцепление. В сцеплении нажимного типа нажатие на педаль толкает выжимной подшипник и выключает сцепление.
Многодисковое сцепление состоит из нескольких фрикционных дисков, расположенных концентрично. В некоторых случаях его используют вместо муфты большего диаметра. В автомобилях для дрэг-рейсинга используются многодисковые сцепления для контроля скорости передачи мощности на колеса при ускорении автомобиля с места.
Некоторые диски сцепления содержат пружины, предназначенные для изменения собственной частоты диска сцепления, чтобы уменьшить шум и шум внутри автомобиля. Кроме того, в некоторых сцеплениях для автомобилей с механической коробкой передач используется клапан задержки сцепления , чтобы избежать резкого включения сцепления.
В мокром сцеплении фрикционный материал находится в масляной ванне (или имеет проточное масло), которая охлаждает и смазывает сцепление. Это может обеспечить более плавное включение и более длительный срок службы сцепления, однако мокрые сцепления могут иметь более низкую эффективность из-за передачи некоторой энергии маслу. Поскольку поверхности мокрого сцепления могут быть скользкими (как в случае сцепления мотоцикла, залитого моторным маслом), установка нескольких дисков сцепления может компенсировать более низкий коэффициент трения и, таким образом, устранить проскальзывание под нагрузкой при полном включении.
В мокрых сцеплениях часто используется композитный бумажный материал. [ нужна цитата ]
Центробежная муфта автоматически включается при увеличении скорости входного вала и отключается при уменьшении скорости входного вала. Приложения включают небольшие мотоциклы , мотороллеры , бензопилы и некоторые старые автомобили .
Конусное сцепление похоже на пластинчатое сцепление сухого трения, за исключением того, что фрикционный материал наносится на внешнюю поверхность объекта конической формы. Распространенным применением конусных сцеплений является кольцо синхронизатора в механической коробке передач.
Кулачковое сцепление — это нескользящая конструкция сцепления, используемая в асинхронных трансмиссиях .
Однооборотная муфта была разработана в 19 веке для привода таких механизмов, как ножницы или прессы , где одно нажатие рабочего рычага или (позже) нажатие кнопки приводило в действие механизм, включая сцепление между источником энергии и машиной. коленвала ровно на один оборот, прежде чем выключить сцепление. Когда сцепление выключено, ведомый элемент неподвижен. Ранние конструкции обычно представляли собой кулачковые муфты с кулачком на ведомом элементе, который использовался для отключения собачек в соответствующей точке. [3] [4]
В 20 веке были разработаны значительно упрощенные однооборотные муфты, требующие гораздо меньших рабочих сил и в некоторых вариантах позволяющие совершать фиксированную долю оборота за операцию. [5] В некоторых случаях фрикционные муфты быстрого действия заменили кулачковые муфты, устраняя проблему ударной нагрузки на собачки при каждом включении сцепления. [6] [7]
Помимо использования в тяжелом производственном оборудовании, однооборотные муфты применялись на многочисленных небольших машинах. Например, в счетных машинах нажатие клавиши управления приводит к срабатыванию однооборотной муфты для обработки последнего введенного числа. [8] В наборных машинах нажатие любой клавиши выбирало конкретный символ, а также включало муфту однократного вращения, чтобы включить механизм набора этого символа. [9] Точно так же в телетайпах при получении каждого символа отключалась однооборотная муфта, приводившая в действие один цикл печатающего механизма. [10]
В 1928 году Фредерик Г. Крид разработал однооборотную пружинную муфту (см. выше), которая особенно хорошо подходила для повторяющихся действий «старт-стоп», необходимых в телетайпах . [11] В 1942 году два сотрудника Pitney Bowes Postage Meter Company разработали улучшенную однооборотную пружинную муфту. [12] В этих сцеплениях винтовая пружина обернута вокруг ведомого вала и удерживается в развернутом состоянии рычагом отключения. При срабатывании пружина быстро сжимается вокруг приводного вала, включая сцепление. В конце одного оборота, если расцепительный рычаг был сброшен, он захватывает конец пружины (или прикрепленную к ней собачку), и угловой момент ведомого элемента снимает напряжение с пружины. Эти сцепления имеют длительный срок службы — многие из них выполнили десятки, а возможно, и сотни миллионов циклов без необходимости технического обслуживания, кроме периодической смазки.
Однооборотные муфты с каскадной собачкой заменили однооборотные муфты с намоточной пружиной в страничных принтерах, таких как телетайпы , включая Teletype Model 28 и его преемники, используя те же принципы конструкции. Пишущие машинки IBM Selectric также использовали их. Обычно это узлы дискообразной формы, установленные на ведомом валу. Внутри полого ведущего барабана в форме диска находятся две или три свободно плавающие собачки, расположенные так, что при выключении сцепления собачки выскакивают наружу, подобно колодкам барабанного тормоза . При зацеплении крутящий момент каждой собачки передается на остальные, удерживая их в зацеплении. Эти сцепления не проскальзывают после блокировки и включаются очень быстро, порядка миллисекунд. Проекция отключения выходит из сборки. Если рычаг переключения передач зацеплялся за этот выступ, сцепление выключалось. Когда рычаг расцепителя отпускает этот выступ, внутренние пружины и трение включают сцепление. Затем сцепление совершает один или несколько оборотов и останавливается, когда рычаг переключения снова входит в зацепление с выступом отключения.
В большинстве легковых и грузовых автомобилей с механической коробкой передач используется сухое сцепление, которым водитель управляет с помощью крайней левой педали. Движение педали передается на сцепление с помощью гидравлики (главного и рабочего цилиндров) или троса. Сцепление выключается только тогда, когда водитель нажимает на педаль сцепления, поэтому по умолчанию трансмиссия подключается к двигателю. Предусмотрено «нейтральное» положение передачи, благодаря чему педаль сцепления можно отпустить, оставаясь неподвижным автомобилем.
Сцепление требуется для запуска с места и обычно (но не всегда) используется для помощи в синхронизации скоростей двигателя и трансмиссии во время переключения передач, т. е. при уменьшении частоты вращения двигателя (об/мин) при переключении на повышенную передачу и увеличении частоты вращения двигателя при переключении на пониженную передачу.
Сцепление обычно устанавливается непосредственно на лицевой стороне маховика двигателя , так как при этом уже имеется удобный стальной диск большого диаметра, который может выступать в качестве одного из ведущих дисков сцепления. В некоторых гоночных сцеплениях используются небольшие многодисковые пакеты, не являющиеся частью маховика. И сцепление, и маховик заключены в конический колокол коробки передач. Фрикционный материал, используемый для диска сцепления, различается, обычно это органическая смола с покрытием из медной проволоки или керамический материал. [16]
В автоматической коробке передач роль сцепления выполняет гидротрансформатор . Однако сама трансмиссия часто включает в себя внутренние муфты, такие как муфта блокировки , чтобы предотвратить проскальзывание гидротрансформатора, чтобы уменьшить потери энергии через трансмиссию и, следовательно, улучшить экономию топлива. [17]
В старых вентиляторах охлаждения двигателя с ременным приводом часто используется термоактивируемая муфта в виде биметаллической полосы . При низкой температуре пружина скручивается и закрывает клапан, что позволяет вентилятору вращаться со скоростью примерно 20–30 % от скорости коленчатого вала . Когда температура пружины повышается, она раскручивается и открывает клапан, пропуская жидкость через клапан, заставляя вентилятор вращаться со скоростью примерно от 60% до 90% скорости коленчатого вала.
Компрессор кондиционера автомобиля часто использует магнитные муфты для включения компрессора по мере необходимости.
В мотоциклах обычно используется мокрое сцепление, при этом сцепление работает на том же масле, что и трансмиссия. Эти сцепления обычно состоят из набора чередующихся фрикционных и стальных пластин. Фрикционные пластины имеют выступы на внешнем диаметре, которые фиксируют их в корзине, вращаемой коленчатым валом. Стальные пластины имеют выступы на внутреннем диаметре, которые фиксируют их на входном валу трансмиссии. Набор винтовых пружин или пластина диафрагменной пружины сжимают пластины вместе при включении сцепления.
На мотоциклах сцепление приводится в действие ручным рычагом на левом руле. Отсутствие давления на рычаг означает, что диски сцепления включены (движение), а при перемещении рычага назад к водителю диски сцепления отключаются с помощью троса или гидравлического привода, что позволяет водителю переключать передачи или двигаться накатом. Гоночные мотоциклы часто используют проскальзывающее сцепление для устранения эффекта торможения двигателем , которое, воздействуя только на заднее колесо, может вызвать нестабильность.
