Сцепление — это механическое устройство, позволяющее отсоединять выходной вал от вращающегося входного вала. [1] Входной вал сцепления обычно прикрепляется к двигателю , в то время как выходной вал сцепления подсоединяется к механизму, который выполняет работу .
В автомобиле сцепление действует как механическая связь между двигателем и трансмиссией . При выключении сцепления частота вращения двигателя (RPM) больше не определяется скоростью вращения ведущих колес.
Другой пример использования сцепления — электрические дрели . [2] Входной вал сцепления приводится в движение двигателем, а выходной вал соединен с буровой коронкой (через несколько промежуточных компонентов). Муфта позволяет буровой коронке вращаться с той же скоростью, что и двигатель (муфта включена), вращаться с меньшей скоростью, чем двигатель (муфта проскальзывает), или оставаться неподвижным, пока двигатель вращается (муфта выключена).
Сухое сцепление использует сухое трение для передачи мощности от входного вала к выходному валу, например, фрикционный диск прижимается к маховику двигателя автомобиля с помощью пружинного механизма. Колеса транспортного средства вращаются только тогда, когда маховик соприкасается с фрикционным диском. Чтобы остановить передачу мощности, фрикционный диск отводится от маховика с помощью рычажного механизма. Большинство автомобильных сцеплений на механических коробках передач являются сухими сцеплениями. [ необходима цитата ] Иногда требуется проскальзывание фрикционного сцепления (когда сцепление частично включено, но валы вращаются с разной скоростью), например, когда автомобиль разгоняется с места; однако проскальзывание должно быть сведено к минимуму, чтобы избежать повышенных скоростей износа.
В сцеплении тянущего типа нажатие на педаль тянет выжимной подшипник, чтобы отключить сцепление. В сцеплении толкающего типа нажатие на педаль толкает выжимной подшипник, чтобы отключить сцепление.
Многодисковое сцепление состоит из нескольких фрикционных дисков, расположенных концентрически. В некоторых случаях оно используется вместо сцепления большего диаметра. В гоночных автомобилях многодисковые сцепления используются для управления скоростью передачи мощности на колеса при разгоне автомобиля с места.
Некоторые диски сцепления включают пружины, предназначенные для изменения собственной частоты диска сцепления, чтобы уменьшить NVH в автомобиле. Кроме того, некоторые сцепления для автомобилей с механической коробкой передач используют клапан задержки сцепления, чтобы избежать резких включений сцепления.
В мокром сцеплении фрикционный материал находится в масляной ванне (или имеет проточное масло), которое 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, исключить проскальзывание под нагрузкой при полном включении.
В мокрых сцеплениях часто используется композитный бумажный материал. [ необходима цитата ]
Центробежное сцепление автоматически включается при увеличении скорости входного вала и выключается при уменьшении скорости входного вала. Применения включают небольшие мотоциклы , мотороллеры , бензопилы и некоторые старые автомобили .
Конусное сцепление похоже на сухое фрикционное дисковое сцепление, за исключением того, что фрикционный материал нанесен на внешнюю сторону конического объекта. Эта коническая форма позволяет производить заклинивание во время зацепления. Распространенным применением конусных сцеплений является кольцо синхронизатора в механической коробке передач.
Кулачковая муфта — это нескользящая конструкция сцепления, которая используется в несинхронных трансмиссиях .
Однооборотная муфта была разработана в 19 веке для привода машин, таких как ножницы или прессы , где одиночное нажатие рычага управления или (позже) нажатие кнопки приводило в действие механизм, включая сцепление между источником питания и коленчатым валом машины ровно на один оборот, прежде чем сцепление отключалось. Когда сцепление отключается, 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]
Значительно упрощенные однооборотные муфты были разработаны в 20 веке, требуя гораздо меньших рабочих усилий и в некоторых вариантах допуская фиксированную долю оборота за операцию. [5] Фрикционные муфты быстрого действия заменили кулачковые муфты в некоторых приложениях, устраняя проблему ударной нагрузки на кулачки каждый раз при включении муфты. [6] [7]
Помимо использования в тяжелом производственном оборудовании, однооборотные муфты применялись во множестве небольших машин. Например, в табуляторных машинах нажатие клавиши «Работа» приводило к срабатыванию однооборотной муфты для обработки последнего введенного числа. [8] В наборных машинах нажатие любой клавиши выбирало определенный символ, а также включало однооборотную муфту для цикла механизма для набора этого символа. [9] Аналогично, в телетайпах получение каждого символа приводило к срабатыванию однооборотной муфты для выполнения одного цикла механизма печати. [10]
В 1928 году Фредерик Г. Крид разработал однооборотную пружинную муфту, которая особенно хорошо подходила для повторяющихся действий «старт-стоп», необходимых в телетайпах . [11] В 1942 году два сотрудника компании Pitney Bowes Postage Meter Company разработали усовершенствованную однооборотную пружинную муфту. [12] В этих муфтах спиральная пружина обернута вокруг ведомого вала и удерживается в расширенной конфигурации рычагом отключения. При отключении пружина быстро сжимается вокруг силового вала, задействуя муфту. В конце одного оборота, если рычаг отключения был сброшен, он захватывает конец пружины (или прикрепленную к нему собачку), и угловой момент ведомого элемента снимает натяжение пружины. Эти муфты имеют длительный срок службы — многие из них выполнили десятки, а возможно, и сотни миллионов циклов без необходимости технического обслуживания, за исключением периодической смазки.
Каскадные собачки однооборотные муфты заменили пружинные однооборотные муфты в страничных принтерах, таких как телепринтеры , включая Teletype Model 28 и его последователей, используя те же принципы конструкции. Пишущие машинки IBM Selectric также использовали их. Обычно это дискообразные узлы, установленные на ведомом валу. Внутри полого дискообразного приводного барабана находятся две или три свободно плавающих собачки, расположенных таким образом, что при срабатывании муфты собачки отскакивают наружу, как колодки в барабанном тормозе . При включении крутящий момент нагрузки на каждой собачке передается другим, чтобы удерживать их во включенном состоянии. Эти муфты не проскальзывают после блокировки и включаются очень быстро, порядка миллисекунд. Выступ отключения выступает из узла. Если рычаг отключения зацеплял этот выступ, сцепление отключалось. Когда рычаг отключения отпускает этот выступ, внутренние пружины и трение включают сцепление. Затем сцепление поворачивается на один или несколько оборотов, останавливаясь, когда рычаг отключения снова зацепляет выступ отключения.
Большинство автомобилей и грузовиков с механической коробкой передач используют сухое сцепление, которым водитель управляет с помощью крайней левой педали. Движение педали передается сцеплению с помощью механической связи, гидравлики (главный и рабочий цилиндры) или троса. Сцепление отключается только тогда, когда водитель нажимает на педаль сцепления, поэтому по умолчанию трансмиссия подключена к двигателю. Предусмотрено «нейтральное» положение передачи, так что педаль сцепления можно отпустить, когда автомобиль остается неподвижным.
Сцепление необходимо для трогания с места, а в транспортных средствах, в трансмиссии которых отсутствуют средства синхронизации, оно используется для согласования скоростей двигателя и трансмиссии при переключении передач, чтобы избежать «столкновения» передач, которое может привести к серьезному повреждению зубьев шестерен.
Сцепление обычно устанавливается непосредственно на лицевую сторону маховика двигателя , так как это уже обеспечивает удобный стальной диск большого диаметра, который может действовать как один ведущий диск сцепления. Некоторые гоночные сцепления используют небольшие многодисковые пакеты дисков, которые не являются частью маховика. И сцепление, и маховик заключены в конический колокол для коробки передач. Фрикционный материал, используемый для диска сцепления, варьируется, при этом обычным материалом является органическая композитная смола с медной проволочной облицовкой или керамический материал. [16]
В автоматической трансмиссии роль сцепления выполняет гидротрансформатор . Однако сама трансмиссия часто включает в себя внутренние сцепления, такие как блокировочная муфта для предотвращения проскальзывания 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 закручивается и закрывает клапан, что позволяет вентилятору вращаться со скоростью около 20–30 % от скорости коленчатого вала . По мере повышения температуры пружина раскручивается и открывает клапан, пропуская жидкость через клапан, заставляя вентилятор вращаться со скоростью около 60–90 % от скорости коленчатого вала.
Компрессор кондиционера автомобиля часто использует магнитные муфты для включения компрессора по мере необходимости.
Мотоциклы обычно используют мокрое сцепление, при этом сцепление работает в том же масле, что и трансмиссия. Эти сцепления обычно состоят из набора чередующихся фрикционных дисков и стальных дисков. Фрикционные диски имеют выступы на внешних диаметрах, которые фиксируют их в корзине, вращаемой коленчатым валом. Стальные диски имеют выступы на внутренних диаметрах, которые фиксируют их на входном валу трансмиссии. Набор спиральных пружин или пластина диафрагменной пружины сжимают диски, когда сцепление включено.
На мотоциклах сцепление управляется ручным рычагом на левом руле. Отсутствие давления на рычаг означает, что диски сцепления включены (движение), в то время как потягивание рычага назад к водителю отключает диски сцепления через трос или гидравлический привод, позволяя водителю переключать передачи или двигаться по инерции. Гоночные мотоциклы часто используют проскальзывающее сцепление , чтобы исключить эффект торможения двигателем , которое, будучи примененным только к заднему колесу, может вызвать нестабильность.
