2. Однодисковые сцепления 

Рассмотрим принципиальную схему однопоточного однодискового постоянно замкнутого ФС с остановочным тормозком (рис. 3.1). На автомобилях подобные ФС применяют без остановочного тормозка. Ведущими частями ФС являются все детали, связанные с валом двигателя. К ним относят маховик 1 двигателя и нажимной диск 3, связанный с маховиком  поводковым  устройством  6 через  кожух 5. Ведомыми частями являются ведомый диск 2 в сборе с фрикционными накладками а, шлицевой ступицей б и маслоотражательными дисками  в  и ведомый вал 4 (у тракторных сцеплений). У автомобильных ФС ведомый диск установлен на шлицах первичного вала коробки передач.

Рис. 3.1. Схема однопоточного однодискового постоянно замкнутого ФС с остановочным тормозком:

ФС работает следующим образом. При отсутствии усилия со стороны водителя на педали управления 16 нажимные пружины 24, воздействуя на нажимной диск 3, прижимают ведомый диск 2 к маховику 1 двигателя. При этом за счет сил трения между маховиком 1 и  накладкой  ведомого диска 2, а также нажимным диском 3 и другой накладкой ведомого диска крутящий момент через ведомый вал 4 передается в трансмиссию.  Передаваемый момент определяется размерами и фрикционными свойствами накладок ведомого диска 2 и усилием нажимных пружин 24. 

При включенном ФС между выжимным подшипником 12 отводки и отжимными рычагами 10 имеется зазор 2...4 мм. При нажатии на педаль 16 управления ФС усилие через соединительную тягу 21 передается на наружный рычаг 22 привода управления и далее через рычаг 20 на муфту 13 отводки, которая, перемещаясь вместе с выжимным подшипником 12 в направлении маховика 1 сначала выбирает зазор между выжимным подшипником и отжимными рычагами 10, а затем воздействует на отжимные рычаги. 

Отжимные рычаги 10, поворачиваясь относительно неподвижной оси, через сферические опорные шайбы 8, регулировочные гайки 9 и отжимные болты 7 перемещают нажимной диск 3 в направлении  от маховика 1, преодолевая усилие нажимных пружин 24. При появлении зазоров между ведомым диском 2 и ведущими дисками (маховиком и нажимным диском) крутящий момент от двигателя на ведомый вал 4 не передается (ФС выключено). Однако по инерции ведомые части ФС (ведомые диск 2 и вал 4) продолжают вращаться, что затрудняет процесс последующего переключения передачи в коробке передач. Для устранения этого недостатка в тракторных ФС часто применяют специальный остановочный тормозок. 

В рассматриваемой схеме тормозок состоит из тормозного шкива 15, жестко связанного с ведомым валом 4 ФС, тормозной колодки 18 с пружинным приводом и рычага 19 привода тормозка, жестко связанного с наружным рычагом 22 привода управления. 

Кинематика привода управления ФС выполнена так, что при нажатии на педаль 16 управления сначала выключается ФС, а затем последовательно через рычаг 19 колодка 18 с пружинным приводом прижимается к тормозному шкиву 15. В результате за счет сил трения между колодкой 18  и шкивом 15 вал 4 ФС останавливается, что обеспечивает возможность безударного переключения передач в коробке передач. 

При отпускании педали 16 управления ФС за счет усилия нажимных пружин 24 нажимной диск 3, перемещаясь в сторону маховика 1 двигателя, прижимает ведомый диск 2 к маховику, что приводит к включению ФС.  Усилие нажимных пружин 24 передается на педаль управления 16 последовательно через нажимной диск 3, отжимные болты 7,  отжимные рычаги 10 на выжимной подшипник 12 и муфту отводки 13, через рычаги 20 и 22 и соединительную тягу 21. 

В начальный момент перемещения нажимного диска 3 в сторону маховика 1 освобождается тормозной шкив 15 за счет отвода тормозной колодки 18, а затем происходит включение ФС. В момент появления зазора между отжимными рычагами 10 и выжимным подшипником 12 все усилие нажимных пружин 24 направлено на сжатие ведомого диска 2 между ведущими дисками ФС. Дальнейшее перемещение педали 16 до упора 17 осуществляется за счет усилия возвратной пружины 23 привода управления.

Для удаления масла, которое может попасть на накладки ведомого диска при выходе из стоя уплотнения задней опоры коленчатого вала двигателя или из подшипника передней опоры ведомого вала 4, иногда в конструкции ведомого диска 2 применяют специальный маслоотражательный диск  в, который за счет центробежной силы отбрасывает масло на торцовую свободную поверхность маховика и далее через отверстия  г  в маховике - в картер ФС.     

Для фиксации отжимных рычагов 10 в одном положении при включенном ФС в конструкции предусмотрены  оттяжные пружины 11, усилие которых направлено в сторону противоположную усилию нажимных пружин 24. Это исключает возможность свободного болтания рычагов вокруг своей оси и обеспечивает заданный зазор между рычагами 10 и выжимным подшипником 12.

Для обеспечения необходимой кинематики работы механизма выключения ФС (точки контакта отжимного рычага 10 с отжимным болтом 7 через шайбу 8 и регулировочную гайку 9 при повороте рычага перемещаются по радиусу) отжимные болты 7 с нажимным диском  3  и отжимной рычаг 10 с шайбой 8 контактируют по сферам.

В процессе включения и выключения ФС его детали нагреваются. При нагреве пружин происходит релаксация материала (потеря упругих свойств), что может привести к существенному снижению момента трения ФС и потере ее работоспособности (когда ФС не сможет передавать крутящий момент двигателя в трансмиссию). Поэтому в ФС с целью уменьшения нагрева пружин иногда применяют специальные термоизоляционные прокладки 26.  

При буксовании ФС накладки ведомого диска 2 изнашиваются. В результате нажимной диск 2 перемещается в сторону маховика 1, в следствие чего уменьшается зазор между отжимными рычагами 10 и выжимным подшипником 12. Пока есть зазор, все усилие нажимных пружин передается на нажимной диск ФС. При упоре отжимных рычагов 10 в выжимной подшипник 12 часть усилия нажимных пружин передается на подшипник, что приводит к уменьшению момента, передаваемого ФС и потере его работоспособности. Поэтому в эксплуатации водитель следит за величиной этого зазора и регулирует его  при техническом обслуживании трактора или автомобиля. 

На нажимные пружины 24 при их вращении вместе кожухом 5

ФС действуют центробежные силы, направленные от центра вращения по радиусу. В результате пружины прогибаются, что приводит к уменьшению создаваемого ими  усилия на нажимной диск 3. Для уменьшения влияния центробежных сил на прогиб пружин их часто устанавливают в специальные стаканы 25.

 Цилиндрические витые пружины в современных ФС располагают по периферии, что обеспечивает равномерное сжатие трущихся поверхностей за счет симметричного расположения пружин относительно друг друга и отжимных рычагов. В зависимости от их числа нажимные пружины располагают на одной или двух окружностях нажимного диска. 

В настоящее время в современных конструкциях ФС применяют тарельчатые пружины, обеспечивающие более стабильное нажимное усилие на поверхностях трения ФС в независимости от величины износа фрикционных накладок.  При этом нажимное усилие, создаваемое тарельчатой пружиной, не зависит от частоты вращения вала двигателя. Следовательно, ФС с тарельчатыми пружинами можно применять на высокооборотных двигателях. 

Конические витые пружины, имеющие более жесткую нелинейную характеристику упругости по сравнению с цилиндрическими, в современных конструкциях ФС не применяют.

Рассмотрим некоторые конструкции современных однодисковых постоянно замкнутых ФС.

На рис. 3.2 представлено ФС с разрезной тарельчатой пружиной и два варианта конструкций ведомого диска 1, где в верхнем сечении показан ведомый диск с демпфером крутильных колебаний, а в нижнем - ведомый диск без демпфера.

В данной конструкции ФС применена прямая установка пружины 4, заключающаяся в том, что пружина по наружному диаметру упирается в нажимной диск 3, а по внутреннему диаметру неразрезной части - в кожух 5. Выключение ФС обеспечивается перемещением выжимного подшипника 6 в сторону маховика 2 двигателя. В результате чего разрезная тарельчатая пружина 4 работает как двухплечий рычаг, который  поворачивается относительно точки его крепления с кожухом 5 ФС. При этом лепестки пружины перемещаются в сторону маховика  двигателя, а  периферийная часть пружины по наружному диаметру - в сторону противоположную от маховика. В результате нажимной диск 3 освобождается, что и приводит к выключению ФС.

Рис. 3.2 ФС с прямой установкой разрезной тарельчатой пружины
1- ведомый фрикционный диск 2 - маховик двигателя; 3 - нажимной диск; 4- разрезная тарельчатая пружина; 5 - кожух ФС; 6 - выжимной подшипник; 7 - тангенциальная  пластина

В современных конструкциях ФС отвод нажимного диска осуществляется за счет упругости тангенциальных пластин 7, связывающих нажимной диск 3 с кожухом 5. Во включенном ФС пластины 7 за счет перемещения нажимного диска 3 в сторону маховика 2 двигателя деформируются. При перемещении периферийной части пружины 4 от маховика двигателя нажимной диск 3 освобождается и пластины 7 за счет сил упругости принудительно отводят его от ведомого диска.

В настоящее время намечается тенденция к применению на современных тракторах и автомобилях ФС с так называемой обратной установкой разрезной тарельчатой пружины 3 (рис. 3.3): по наружному диаметру она упирается в кожух 2 ФС, а по внутренней неразрезанной части - в нажимной диск 5. Особенностью такой конструкции является постоянный контакт выжимного подшипника 4 с лепестками  пружины 3. Свободный ход педали управления таким ФС обеспечивается конструкцией привода управления. 

При воздействии на педаль управления ФС выжимной подшипник 4 перемещается в направлении от маховика 1 двигателя. При этом пружина 3 вместе с выжимным подшипником отходит от нажимного диска 5, который за счет сил упругости тангенциальных пластин 6, связывающих его с кожухом ФС, перемещается от маховика двигателя, что и обеспечивает выключение ФС.

                  а                                         б

Рис. 3.3. ФС с обратной установкой разрезной тарельчатой пружины:

а - конструкция;  б - внешний вид; 1 – маховик двигателя; 2 – кожух ФС; 3 – разрезная тарельчатая пружина; 4 – выжимной подшипник; 5 – нажимной диск; 6 – набор тангенциальных пластин

Конструкция ФС с обратной установкой разрезной тарельчатой пружины имеет ряд серьезных преимуществ по сравнению с ФС с прямой установкой аналогичной пружины: 

-     на 17...40 % меньше усилие на педали управления;

-     меньше осевой  габаритный размер;

-     меньше масса и выше жесткость кожуха;

лучше охлаждение деталей, так как кожух ФС более открытый.