Disziplin: Bau von Autos und Traktoren
Thema_2: Autogetriebe
Vortrag_3: "Kupplungen"
Kupplungsanforderungen und Klassifizierung
Das mechanische Getriebe muss sich kurzzeitig vom laufenden Motor trennen lassen. Dies ist beim Anhalten des Fahrzeugs und beim Schalten in einem Schaltgetriebe erforderlich. Außerdem sollte die Verbindung von Motorwelle und Getriebe beim Anfahren und Schalten reibungslos und ohne ruckartige Bewegungen erfolgen. Diesbezüglich besteht ein Bedarf an einer speziellen Vorrichtung, die eine allmähliche Belastung des Motors ermöglicht. Als solches Gerät wird üblicherweise eine gesteuerte Kupplung verwendet. Zum Schalten ist die Verwendung der Kupplung erforderlich. bei Drehmomentbelastung des Getriebes ist ein Schalten nicht möglich. Vor dem Gangwechsel muss die Kupplung ausgekuppelt werden.
Kupplung wird eine Lastkupplung genannt, bei der die Drehmomentübertragung durch Reibungskräfte, hydrodynamische Kräfte oder ein elektromagnetisches Feld erfolgt. Solche Kupplungen werden reibschlüssig, hydraulisch bzw. elektromagnetisch genannt.
Während der Fahrt überträgt die Kupplung im eingerückten Zustand das Drehmoment vom Motor auf das Getriebe und schützt die Getriebemechanismen vor dynamischen Belastungen im Getriebe. Solche Belastungen im Getriebe treten auf, wenn das Auto abrupt gebremst wird, die Kupplung abrupt geschlossen wird, der Motor ungleichmäßig läuft und die Kurbelwellendrehzahl abrupt abnimmt, sowie wenn die Räder des Autos über unebene Straßen laufen usw.
An Pkw werden unterschiedliche Kupplungstypen verwendet, die nach unterschiedlichen Kriterien klassifiziert werden (Abb. 2.1). Alle Kupplungen, außer Fliehkraftkupplungen, sind dauerhaft geschlossen, d.h. vom Fahrer beim Gangwechsel, Bremsen und Anhalten ständig ein- und ausgeschaltet.
Reibungskupplungen - Einscheiben- und Zweischeibenkupplungen - werden am häufigsten in Autos verwendet.
Abbildung 2.1 - Klassifizierung von Kupplungen nach verschiedenen Kriterien
Einscheibenkupplungen werden in Pkw, Bussen und Lkw mit leichter und mittlerer Tragfähigkeit und manchmal sogar in schweren Lasten eingesetzt.
Bei schweren Lkw und großen Bussen werden Doppelscheibenkupplungen verbaut.
Lamellenkupplungen werden sehr selten verwendet - nur bei Schwerlast-Lkw.
Hydraulische Kupplungen oder Flüssigkeitskupplungen werden bei modernen Autos nicht als separater Übertragungsmechanismus verwendet. Bisher wurden sie in Verbindung mit einer serienmäßig eingebauten Reibungskupplung eingesetzt.
Elektromagnetische Kupplungen werden aufgrund der Komplexität ihrer Konstruktion nicht häufig verwendet.
Bei der Analyse und Bewertung von Kupplungsstrukturen sollte man sich wie bei anderen Mechanismen an den an sie gestellten Anforderungen orientieren:
· Zuverlässige Übertragung des Drehmoments vom Motor zum Getriebe;
· Glätte und Vollständigkeit der Aufnahme; Sauberkeit der Abschaltung;
· Minimales Trägheitsmoment der angetriebenen Elemente;
· Gute Wärmeabfuhr von Reibflächen;
· Schutz der Übertragung vor dynamischen Belastungen;
Aufrechterhaltung der Schubkraft v spezifizierte Grenzen während des Betriebs;
· Minimaler physischer Aufwand für das Management;
· Gute Haltung.
Darüber hinaus werden an die Kupplung sowie an alle Mechanismen des Fahrzeugs folgende allgemeine Anforderungen gestellt: Gewährleistung der Mindestgröße und des Gewichts, Einfachheit der Vorrichtung und Wartung, Herstellbarkeit, Wartbarkeit, geringer Geräuschpegel.
Zuverlässige Kupplungsleistung ohne Überhitzung und erheblichen Verschleiß, ist es besonders wichtig bei schwierigen Straßenverhältnissen eines Autos und bei Vorhandensein eines Anhängers und eines Sattelanhängers, wenn häufiger ein- und ausgeschaltet sowie die Kupplung rutscht.
Die Kupplung muss im zuverlässigen Betrieb in der Lage sein, ein Drehmoment zu übertragen, das das Motordrehmoment übersteigt. Mit dem Verschleiß der Reibbeläge der Abtriebsscheibe lässt die Kraft der Druckfedern nach und die Kupplung beginnt zu rutschen. In diesem Fall führt ein längeres Rutschen der Kupplung zu einer starken Erwärmung und einem Ausfall.
Die Kupplung sollte leichtgängig einrücken, um keine erhöhten Belastungen in den Getriebemechanismen und sehr hohe Fahrzeugbeschleunigungen zu verursachen, die sich nachteilig auf Fahrer, Passagiere und Transportgut auswirken. Beispielsweise können bei einem scharfen Einrücken der Kupplung die Torsionsbelastungen im Getriebe das 3- bis 4-fache des maximalen Motordrehmoments betragen. Denn beim schnellen Loslassen des Steuerpedals wird die Anpresskraft des antreibenden und des angetriebenen Teils der Kupplung im Anfangsmoment nicht nur durch die Druckfedern, sondern auch durch die kinetische Energie der sich zum Schwungrad bewegenden Druckplatte erzeugt des Motors und der dazugehörigen Teile. Gleichzeitig ist im Moment des Kontakts zwischen dem führenden und dem angetriebenen Teil der Kupplung die Kraft ihrer Kompression um ein Vielfaches höher als die Kraft der Druckfedern.
Glätte Das Einrücken der Kupplung wird hauptsächlich aufgrund der elastischen Eigenschaften der angetriebenen Scheibe bereitgestellt, die von ihrer Konstruktion abhängen. Auch die Federn des Drehschwingungsdämpfers tragen zum sanften Einrücken der Kupplung bei. Der Einfluss dieser Federn ist jedoch vernachlässigbar, da ihre Verformung beim Schließen der Kupplung gering ist. Die Elastizität der Teile des Kupplungssteuerantriebs beeinflusst auch die Leichtgängigkeit des Kupplungseingriffs. So weisen beispielsweise im Eingriff mit der Tellerfeder die zusammen mit der Tellerfeder gefertigten Kupplungsausrückhebel (Blütenblätter) eine größere Elastizität auf.
Die höchste Laufruhe wird durch Lamellenkupplungen gewährleistet. Sie werden jedoch sehr selten und nur bei schweren Lkw eingesetzt.
Das Motordrehmoment muss ohne Kupplungsschlupf auf das Getriebe übertragen werden.
Vollständigkeit Das Einrücken der Kupplung wird durch spezielle Einstellungen der Kupplung und ihres Antriebs erreicht. Diese Einstellungen sorgen für das erforderliche Spiel zwischen dem Ausrücklager der Kupplungsausrückkupplung und den Enden der Ausrückhebel sowie den Leerweg des Kupplungspedals proportional zum vorgeschriebenen Spiel, das normalerweise 20 ... 40 mm beträgt.
Bei starkem Verschleiß der Reibflächen der An- und Abtriebsteile der Kupplung verringert sich das vorgegebene Lüftspiel und die Ausrückhebel liegen am Ausrücklager der Ausrückkupplung an, wodurch die Federn die erforderliche Druckkraft nicht aufbringen können.
Die Sauberkeit des Kupplungsausrückers kennzeichnet die vollständige Trennung von Motor und Getriebe, bei der die führenden Teile der Kupplung nicht die angetriebenen führen.
Wenn die Kupplung nicht vollständig geöffnet ist, wird das Schalten schwierig (es tritt mit Geräusch auf), was zu einem Verschleiß der Zahnräder und Synchronisierungen führt. Wenn die Kupplung nicht vollständig geöffnet ist und der Gang im Getriebe eingelegt ist, rutscht die Kupplung bei laufendem Motor. Dies führt zur Erwärmung der Kupplungsteile und zum Verschleiß der Reibbeläge der Abtriebsscheibe.
Die Sauberkeit des Kupplungsausrückers wird durch Reibung in der Abtriebsscheibennabe verhindert, die auf der Verzahnung der Getriebeeingangswelle montiert ist. Bei geöffneter Kupplung steht die Abtriebsscheibe unter der Wirkung einer Axialkraft, die sie gegen das Schwungrad drückt. Der Wert der Axialkraft wird durch die Reibkraft in der Keilwellenverbindung der Scheibennabe und der Eingangswelle des Getriebes begrenzt.
Bei einer Lamellenkupplung wird die Restaxialkraft durch sukzessive Summation der in den Keilwellenverbindungen aller Abtriebsscheiben auftretenden Reibungskräfte berechnet.
Die verbleibende Axialkraft bei einer Lamellenkupplung ist deutlich höher als bei einer Einscheibenkupplung, wodurch die erforderliche Sauberkeit beim Öffnen einer Lamellenkupplung nicht gewährleistet ist.
Bei Einscheibenkupplungen wird die vollständige Trennung von Motor und Getriebe durch eine entsprechende Rückführung der Druckplatte vom Schwungrad gewährleistet. Bei Zweischeibenkupplungen erfolgt der Zwangsrückzug der mittleren Mitnehmerscheibe durch verschiedene Spezialvorrichtungen (Gleicharmhebel, Schubstange etc.). Der Spalt zwischen den Reibflächen bei eingefahrener Druckplatte beträgt bei Einscheibenkupplungen 0,75 ... 1,0 mm, bei Zweischeibenkupplungen - 0,5 ... 0,6 mm und bei Lamellenkupplungen - 0,25 ... 0,3 mm. Dabei darf der Hub der Druckplatte bei geöffneter Kupplung 1,5 ... 2,0 mm bei Einscheibenkupplungen und 2,0 ... 2,5 mm bei Zweischeibenkupplungen nicht überschreiten.
Das minimale Trägheitsmoment der angetriebenen Teile. Um die Stoßbelastungen der Gänge der beteiligten Gänge und die Reibungsarbeit in den Synchronisierungen beim Schalten der Gänge im Getriebe zu reduzieren, sollte das Trägheitsmoment der angetriebenen Teile der Kupplung minimal sein. Wenn ein unsynchronisiertes Getriebe eingerückt ist, ist die Stoßbelastung auf die Zahnradzähne proportional zum Trägheitsmoment der angetriebenen Teile der Kupplung.
Der Stoßimpuls bei eingerückter Kupplung kann in 50...200 mal mehr als der Stoßimpuls, der beim Schalten bei geöffneter Kupplung auftritt.
Die Reduzierung des Trägheitsmoments der Kupplungsabtriebsteile wird durch eine Reduzierung des Durchmessers der Abtriebsscheibe und der Masse der Reibbeläge erreicht. Also der Durchmesser der angetriebenen Kupplungsscheiben von schweren Fahrzeugen überschreitet normalerweise nicht 400 mm... Die Dicke der Kupplungsreibbeläge beträgt 3,3...4,7 mm. Dies ist jedoch nicht immer möglich, da die angegebenen Maße durch das von der Kupplung übertragene Drehmoment bestimmt werden. Außerdem ist es bei abnehmendem Durchmesser der Abtriebsscheibe erforderlich, die Anzahl der Reibflächen zu erhöhen, damit die Kupplung Drehmoment übertragen kann. Eine Erhöhung der Anzahl der Reibflächen mit einer Verringerung des Durchmessers der Abtriebsscheiben führt jedoch nicht zu einer Verringerung, sondern zu einer deutlichen Erhöhung des Trägheitsmoments der Abtriebsteile der Kupplung. So ist beispielsweise das Trägheitsmoment der Abtriebsteile einer Zweischeibenkupplung viel höher als das einer Einscheibenkupplung, die auf gleiches Drehmoment ausgelegt ist.
Die Verwendung von Reibbelägen mit erhöhtem Reibwert (aus Sinterwerkstoffen) ermöglicht eine Reduzierung des Durchmessers der Abtriebsscheibe, jedoch durch die Zunahme der Masse der Reibbeläge das Trägheitsmoment der Abtriebsteile der Kupplung nimmt nicht ab.
Somit ist es möglich, das Trägheitsmoment der angetriebenen Teile der Kupplung nur durch Reduzierung der Masse der angetriebenen Scheibe zu reduzieren. Daher besteht die Abtriebsscheibe aus einem dünnen Stahlblech mit einer Dicke von 2 ... 3 mm.
Bis vor kurzem wurden Reibungskupplungen hauptsächlich für Reibbeläge verwendet, die Asbest, Füllstoffe und Verbindungsmaterialien umfassten. Derzeit werden immer häufiger Reibbeläge ohne oder mit minimalem Asbest verwendet. Dies liegt daran, dass Asbeststaub als gesundheitsgefährdend anerkannt ist. In modernen Kupplungsmechanismen werden Verbundwerkstoffe verwendet, die im Vergleich zu Asbest verbesserte Eigenschaften aufweisen. In Fällen, in denen ein sehr großes Drehmoment auf die Getriebeeinheiten übertragen werden muss, sind die Reibmaterialien jedoch ungeeignet. Daher werden in Rennwagen und in superschweren Geräten (Lkw, Traktoren) keramische Reibbeläge verwendet. Sie haben eine sehr hohe Verschleißfestigkeit, sind unempfindlich gegen Überhitzung, bieten jedoch keine reibungslose Drehmomentübertragung auf die Kupplung.
Ein stabiler und zuverlässiger Betrieb der Kupplung hängt maßgeblich von ihrem thermischen Zustand ab. Daher ist es notwendig zu pflegen konstanter thermischer Zustand der Kupplung .
Wenn sich das Fahrzeug in Bewegung setzt, rutscht die Kupplung. Dies führt zu einer Erwärmung der Kupplungsteile und einer Wärmeabgabe an den Reibflächen ihrer Führungs- und Abtriebsteile. So erhöht beispielsweise ein Einrücken der Kupplung die Temperatur der Druckplatte um 7 ... 15 °C. Auch die Temperatur der Reibbeläge der Abtriebsscheibe steigt und ihr Reibwert sinkt. In diesem Fall wird die zuverlässige Funktion der Kupplung gestört, da die Kupplung nicht nur beim Anfahren des Autos, sondern auch während der Fahrt rutscht.
Bei längerem Rutschen der Kupplung kann die Temperatur ihrer Reibflächen 300 °C überschreiten, während bereits bei 200 °C der Reibwert fast halbiert wird. Die hohe Temperatur führt zum Auslaufen der Binderkomponente der Reibbeläge, sie werden trocken, porös und verschleißen schnell.
Bei hohen Temperaturen können auch Verzug der Abtriebs- und Druckplatte, Risse in der Druckplatte und Ausfall der Kupplung auftreten.
Um die Kupplung vor diesen negativen Phänomenen zu schützen, werden verschiedene konstruktive Maßnahmen ergriffen, um eine gute Wärmeabfuhr von den Reibflächen der Antriebs- und Abtriebsteile zu ermöglichen. Beispiele sind Belüftungsöffnungen aus Metallgewebe im Kupplungsgehäuse und eine Vielzahl von Löchern im Kupplungsgehäuse zur Verbesserung der Luftzirkulation; Kupplungsausrückhebel in Form von Lüfterflügeln zum Kühlen der Kupplung; massive Druckplatte in Ringform, die für eine bessere Wärmeableitung von der angetriebenen Scheibe sorgt; Rillen in den Reibbelägen zur Luftzirkulation. Darüber hinaus dienen die Rillen in den Reibbelägen dem Abtransport von Verschleißprodukten unter Einwirkung von Fliehkräften, die den Reibwert verringern. Sie tragen auch zur Sauberkeit des Kupplungsausrückers bei, indem sie das Ansaugen (Anhaften) von Reibbelägen an den Arbeitsflächen von Motorschwungrad und Druckplatte verhindern.
Auch an Kupplungen werden eine Reihe allgemeiner Anforderungen bezüglich Gewicht, Abmessungen, Wartbarkeit, Kosten, dynamische Belastungen etc. gestellt. Aufgrund der Erfüllung der meisten Anforderungen sind reibschlüssige Einscheiben- und Zweischeibenkupplungen am weitesten verbreitet.
Reibungs-Trockenkupplungen werden wiederum nach einer Reihe von Merkmalen unterteilt:
· nach Wirkungsweise nicht automatisch und automatisch. Heutzutage werden häufig nicht-automatische Kupplungen verwendet. Bei einigen Modellen ausländischer und inländischer Personenkraftwagen sind automatische Kupplungen installiert. Die Kupplung selbst (Fliehkraft) kann nach ihrem Funktionsprinzip automatisch sein, oder ein Steuersystem, das den Betrieb einer nicht-automatischen Kupplung (normalerweise Reibungs- oder elektromagnetische Kupplung) nach einem bestimmten Algorithmus ohne Eingreifen des Fahrers sicherstellt.
· durch die Anzahl der angetriebenen Scheiben- für Ein- und Zweischeiben. Einscheibenkupplungen werden bei leichten und mittelschweren Pkw und Lkw eingesetzt. Bei schweren Nutzfahrzeugen werden Zweischeibenkupplungen verbaut.
· durch die Lage der Druckfedern- zu peripheren und zentralen. Entlang des Umfangs sind mehrere zylindrische Federn und mittig eine konische, zylindrische oder scheibenförmige Feder eingebaut. Letztere werden häufig in Kupplungen von Personenkraftwagen verwendet, die übrigen Typen werden in Kupplungen von Lastkraftwagen und Bussen verwendet.
· nach Antriebstyp- für Kupplungen mit mechanischem und hydraulischem Antrieb ohne Booster und mit Booster. Verstärker werden mechanisch, hydraulisch, pneumatisch oder vakuumiert hergestellt.
Strukturen von Reibungskupplungen von Kupplungen (Bild 2.10)
Reibungskupplung als Scheibenkupplung bezeichnet, bei der das Drehmoment durch Trockenreibungskraft übertragen wird. Daher werden solche Kupplungen auch als Trockenkupplungen bezeichnet.
Bei Autos sind Einscheiben- und Zweischeiben-Reibungskupplungen weit verbreitet. Lamellenkupplungen werden bei schweren Lastkraftwagen selten verwendet.
Einscheiben-Trockenkupplung. Einzeldisk Kupplung ist eine Reibungskupplung, bei der eine angetriebene Scheibe zur Drehmomentübertragung verwendet wird.
Einscheibenkupplungen sind einfach in der Konstruktion, billig in der Herstellung, zuverlässig im Betrieb, bieten eine gute Wärmeabfuhr von den Reibflächen, eine saubere Abschaltung und ein sanftes Einschalten. Sie sind während des Betriebs und der Reparatur einfach zu warten.
Eine schematische Darstellung einer Einscheiben-Reibungskupplung ist in Bild 2.2 dargestellt.
Abbildung 2.2 - Schematische Darstellung der Kupplung.
ein- inbegriffen; B- ausgeschaltet; 1 - Gehäuse; 2 - Druckplatte; 3 - Schwungrad; 4 - angetriebene Scheibe; 5 - Teller; 6 - Feder; 7 - Lager; 8 - Pedal; 9 - Welle; 10 - Traktion; 11 - Gabel; 12 - Hebelarm
Arbeitsprinzip.
Die führenden Teile sind das Schwungrad 3 Motor, Gehäuse 1 und Druckplatte 2, angetrieben - angetriebene Scheibe 4 , inklusive Teile - Federn 6 , Abschaltdetails - Hebel 12 und Kupplungsausrücklager 7.
Leichentuch 1 am Schwungrad verschraubt. Druckscheibe 2 mit dem Gehäuse durch elastische Platten 5 verbunden, die die Übertragung des Drehmoments vom Gehäuse auf die Druckplatte und die axiale Bewegung der Druckplatte beim Ein- und Auskuppeln der Kupplung gewährleisten. Die Abtriebsscheibe ist auf der Verzahnung der Primärwelle (Antriebswelle) montiert 9 Getriebe.
Beim Loslassen des Pedals 8 die Kupplung ist eingerückt, weil die Abtriebsscheibe 4 gegen das Schwungrad gedrückt 3 Druckplatte 2 Kraft der Federn 6. Die Kupplung überträgt das Drehmoment von den Antriebsteilen auf die Abtriebsteile über die Reibflächen der Abtriebsscheibe mit Schwungrad und Druckscheibe. Wenn du das Pedal drückst 8 (Abbildung 2.2, B) die Kupplung wird ausgekuppelt, da die Kupplung mit dem Ausrücklager 7 zum Schwungrad fährt, die Hebel dreht 12 die die Druckplatte zurückdrücken 2 von der angetriebenen Scheibe 4. In diesem Fall sind der antreibende und der angetriebene Teil der Kupplung entkoppelt und die Kupplung überträgt kein Drehmoment.
Federn.
Kfz-Kupplungen verwenden zylindrische, konische und Tellerfedern. Ihre Vergleichseigenschaften sind in Abbildung 2.3 dargestellt. Schraubenfedern haben über den gesamten Betriebsbereich eine lineare Kennlinie. Die Kennlinie der Kegelfeder vor dem Aufsetzen der Windungen ist ebenfalls linear, dann nimmt die Federsteifigkeit beim Abschalten der Windungen zu. Dies ist nachteilig, da es bei geöffneter Kupplung zu einer Krafterhöhung und bei Verschleiß der Reibbeläge zu einer deutlichen Abnahme der Anpresskraft führt. Die günstigste Eigenschaft der Tellerfeder, deren Kraft sich im Betriebsbereich bei geöffneter Kupplung und Verschleiß der Reibbeläge geringfügig ändert.
Abbildung 2.3 - Eigenschaften der Federn der Reibungskupplungen: a - konisch; b-zylindrisch; in-Membran.
Schraubenfedern in modernen Kupplungen werden peripher verbaut , die durch die symmetrische Anordnung der Federn und Auslösehebel eine gleichmäßige Kompression der Reibflächen gewährleistet. Die Druckfedern befinden sich je nach Anzahl auf einem oder zwei Kreisen der Druckplatte. Um die Federn zu zentrieren und ihre Verformung unter Fliehkrafteinwirkung zu reduzieren, werden Gläser, Noppen oder Vorsprünge an Druckplatte und Kupplungsdeckel verwendet.
Anstelle von Umfangsfedern kann auch eine Schraubenfeder mittig eingebaut werden. In diesem Fall nimmt der Durchmesser der Kupplung ab und ihre axialen Abmessungen nehmen zu. Verwendung einer ausgeklügelteren, mittig montierten konischen Feder , ermöglicht die Reduzierung der axialen Abmessungen der Kupplung. Bei solchen Kupplungen wird die Federkraft durch Unterlegscheiben gesteuert.
Tellerfedern werden aufgrund ihrer Vorteile häufig in Automobilkupplungen (insbesondere in Personenkraftwagen) verwendet. Die Tellerfeder (Bild 2.5) hat die Form eines Kegelstumpfes und besteht aus einem massiven Ring mit meridial liegenden Blütenblättern, die als elastische Auslösehebel wirken. Es gibt zwei Möglichkeiten, die Belleville-Waschmaschine zu installieren. Bei der ersten Version wirkt die Feder mit der Außenkante des Vollrings auf die Druckscheibe, bei der zweiten - mit der Innenkante. Die erste Option wird aufgrund der Einfachheit des Kupplungsausrückmechanismus am häufigsten verwendet. In der zweiten Version wird die Konstruktion des Federeinbaumechanismus vereinfacht, die Öffnungskraft und die Spannung in der Feder werden reduziert. In diesem Fall müssen jedoch zum Lösen der Kupplung die inneren Enden der Federblätter von der Druckplatte wegbewegt werden, was die Gestaltung des Ausrückmechanismus kompliziert.
Bei Verwendung von Tellerfedern vereinfacht sich die Konstruktion der Kupplung, ihre Abmessungen, die Anzahl der Teile wird reduziert, ein reibungsloses Einkuppeln wird gewährleistet, eine gleichmäßige Belastung der Druckplatte, eine geringe Änderung der Druckkraft bei Verschleiß der Beläge.