Схватить - Clutch

Одиночный фрикционный диск с сухим сцеплением. Шлицевая втулка крепятся к диску с пружинами на влажную болтовню.

Сцепления представляет собой механическое устройство , которое входит в зацепление и отключается , мощности передачи , особенно от ведущего вала ( ведущий вал ) на ведомый вал. В простейшем случае муфты соединяют и разъединяют два вращающихся вала (приводные валы или линейные валы ). В этих устройствах один вал обычно прикреплен к двигателю, а другой - к силовому агрегату (ведущему элементу), а другой вал (ведомый элемент) обеспечивает выходную мощность для работы. Обычно задействованные движения являются вращательными, но также существуют линейные муфты.

В автомобиле сцепление действует как механическое соединение между двигателем и трансмиссией и на короткое время отключает или отделяет двигатель от системы трансмиссии. Это отключает ведущие колеса при нажатии педали сцепления, позволяя водителю плавно переключать передачи.

В динамометрическим контролируемой дрель , например, один вал приводится в движение с помощью электродвигателя, а также других дисков патрон дрели. Муфта соединяет два вала, поэтому они могут быть заблокированы вместе и вращаться с одинаковой скоростью (зацепление), заблокировано вместе, но вращаться с разной скоростью (проскальзывание), или разблокировано и вращаться с разной скоростью (отключено).

Дизайн

Сухое сцепление

Схема фрикционной муфты

Сухое сцепление использует сухое трение для передачи мощности от входного вала к выходному валу. Большинство сцеплений - это сухие сцепления. Иногда требуется проскальзывание фрикционной муфты (когда сцепление частично включено, но валы вращаются с разными скоростями), например, когда автомобиль разгоняется с места; однако проскальзывание следует минимизировать, чтобы избежать повышенного износа.

В сцеплении тягового типа нажатие на педаль приводит к вытягиванию выжимного подшипника, чтобы выключить сцепление. В сцеплении нажимного типа нажатие на педаль толкает выжимной подшипник, чтобы выключить сцепление.

Многодисковая муфта состоит из нескольких пластин трения расположено концентрично и иногда используется для того , чтобы уменьшить диаметр муфты или обеспечить различные «этапы» проскальзывание (например , в перетащить гоночный автомобиль) , чтобы контролировать скорость , с которой крутящий момент двигателя передается на колеса при разгоне с места.

Материалы

Обычный фрикционный материал представляет собой смолу на основе органического соединения с покрытием из медной проволоки или керамический материал. Керамические материалы часто могут передавать более высокие крутящие нагрузки, но они могут вызывать повышенный износ маховика . До середины 1990-х годов асбест также использовался в дисках сцепления.

Центры пружин и демпферы сцепления

Диск сцепления может включать в себя пружины, которые предназначены для изменения собственной частоты диска сцепления, чтобы уменьшить вибрацию или слышимое дребезжание коробки передач, когда двигатель работает на холостом ходу на нейтрали.

Демпфер сцепления - это устройство, смягчающее реакцию сцепления / выключения сцепления. В автомобилях это часто обеспечивается механизмом в центре диска сцепления.

Мокрое сцепление

В мокром сцеплении фрикционный материал находится в масляной ванне (или имеет проточное масло), который охлаждает и смазывает сцепление. Это может обеспечить более плавное включение и более длительный срок службы муфты, однако мокрые муфты могут иметь более низкий КПД из-за передачи некоторой энергии маслу. Поскольку поверхности мокрого сцепления могут быть скользкими (как в случае сцепления мотоцикла, залитого моторным маслом), штабелирование нескольких дисков сцепления может компенсировать более низкий коэффициент трения и, таким образом, устранить проскальзывание под действием мощности при полном включении.

В мокрых муфтах часто используется композитный бумажный материал.

Центробежная муфта

Центробежная муфта автоматически включается при увеличении скорости входного вала и отключается при уменьшении скорости входного вала. Применения включают небольшие мотоциклы , мотороллеры , бензопилы и некоторые старые автомобили .

Конусная муфта

Конусная муфта похожа на муфту с сухим фрикционным диском, за исключением того, что фрикционный материал нанесен на внешнюю часть объекта конической формы. Обычное применение конических муфт - кольцо синхронизатора в механической коробке передач.

Клатч для собак

Кулачковая муфта - это нескользящая конструкция муфты, которая использовалась в несинхронных трансмиссиях .

Однооборотное сцепление

Однооборотная муфта с каскадной защелкой в телетайпе

Одной революции сцепление было разработано в 19 - м века для питания оборудования , таких как ножницы или прессы , где один тяговое усилие рычага управления или (позже) нажатия одной кнопки будет споткнуться механизмом, вовлекая сцепление между источником питания и машинами коленчатый вал ровно на один оборот перед выключением сцепления. Когда сцепление выключено, а ведомый элемент неподвижен. Ранние конструкции, как правило, представляли собой собачьи сцепления с кулачком на ведомом элементе, который использовался для расцепления собачьих упоров в соответствующей точке.

В 20-м веке были разработаны сильно упрощенные однооборотные муфты, требующие гораздо меньших рабочих усилий и в некоторых вариантах, позволяющих выполнять фиксированную долю оборота за операцию. Фрикционные муфты быстрого действия заменили собачьи муфты в некоторых приложениях, устраняя проблему ударной нагрузки на собачки при каждом включении сцепления.

Помимо использования в тяжелом производственном оборудовании, однооборотные муфты применялись во многих небольших машинах. В перфорационных машинах , например, нажатие на клавишу будет работать срабатывать один сцепление вращения для обработки самого последнего введенного номера. В наборных машинах нажатие любой клавиши выбирает конкретный символ, а также включает одинарную вращающуюся муфту для включения механизма набора этого символа. Точно так же в телепринтерах при получении каждого символа срабатывала однооборотная муфта, приводящая в действие один цикл печатающего механизма.

В 1928 году Фредерик Г. Крид разработал одновитковую пружинную муфту (см. Выше), которая особенно хорошо подходила для повторяющихся действий «старт-стоп», необходимых в телетайпах . В 1942 году два сотрудника компании Pitney Bowes Postage Meter Company разработали улучшенную однооборотную пружинную муфту. В этих муфтах винтовая пружина наматывается на ведомый вал и удерживается в раскрытом состоянии с помощью рычага отключения. При срабатывании пружина быстро сжимается вокруг приводного вала, включая сцепление. В конце одного оборота, если расцепляющий рычаг был возвращен в исходное положение, 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 и, возможно, сотни миллионов циклов без необходимости технического обслуживания, кроме периодической смазки.

Однооборотные муфты с каскадной защелкой заменили однооборотные муфты с витой пружиной в страничных принтерах, таких как телепринтеры , включая Teletype Model 28 и его последователи, используя те же принципы конструкции. Пишущие машинки IBM Selectric также использовали их. Обычно это узлы в форме дисков, установленные на ведомом валу. Внутри полого приводного барабана в форме диска находятся две или три свободно плавающих собачки, расположенных так, что при срабатывании сцепления собачки отскакивают наружу, как колодки в барабанном тормозе . При включении крутящий момент нагрузки на каждую собачку передается другим, чтобы удерживать их в зацеплении. Эти муфты не проскальзывают после блокировки и включаются очень быстро, порядка миллисекунд. Проекция поездки выходит за пределы сборки. Если рычаг расцепления включал этот выступ, сцепление выключалось. Когда спусковой рычаг освобождает этот выступ, внутренние пружины и трение входят в зацепление. Затем сцепление совершает один или несколько оборотов и останавливается, когда рычаг отключения снова включает выступ.

Отдача сцепления-тормоза

Эти механизмы были обнаружены в некоторых типах электрических часов с синхронным двигателем. Было использовано много различных типов синхронных часовых двигателей, в том числе часы Hammond с ручным запуском до Второй мировой войны. Некоторые типы синхронных двигателей с самозапуском всегда запускались при подаче питания, но в деталях их поведение было хаотичным, и они с одинаковой вероятностью начали вращаться в неправильном направлении. С ротором посредством одной (или, возможно, двух) ступеней понижающей передачи был связан пружинный тормоз сцепления. Пружина не вращалась. Один конец был закреплен; другой был свободен. Он двигался свободно, но близко к вращающемуся элементу, входящему в зубчатую передачу часов. Тормоз сцепления блокировался при вращении назад, но также имел некоторое пружинное действие. Инерция ротора, идущего назад, задействует муфту и заводит пружину. Когда он раскручивался, он перезапустил двигатель в правильном направлении. В некоторых конструкциях не было явной пружины как таковой - они были просто совместимыми механизмами. Механизм был смазан, износ не представлял проблемы.

Другой дизайн

  • Ременная муфта : используется на сельскохозяйственном оборудовании, газонокосилках, мотоблоках и снегоуборщиках. Мощность двигателя передается через набор ремней , которые провисают при работе двигателя на холостом ходу, но натяжной шкив может натягивать ремни для увеличения трения между ремнями и шкивами.
  • Муфта BMA : изобретена Уолдо Дж. Келли в 1949 году, используется для передачи крутящего момента между двумя валами, состоящими из неподвижного ведущего элемента, прикрепленного к одному из указанных валов, и подвижного ведущего элемента, имеющего контактную поверхность с множеством углублений.
  • Электромагнитная муфта : обычно включается электромагнитом, который является неотъемлемой частью узла муфты. Другой тип, муфта с магнитными частицами , содержит частицы под магнитным воздействием в камере между ведущим и ведомым элементами - приложение постоянного тока заставляет частицы слипаться и прилипать к рабочим поверхностям. Зацепление и проскальзывание заметно плавнее.
  • Муфта с витой пружиной: имеет спиральную пружину, обычно намотанную проволокой квадратного сечения. Они были разработаны в конце 19 - начале 20 века. В простой форме пружина прикреплена одним концом к ведомому элементу; его другой конец не прикреплен. Пружина плотно прилегает к цилиндрическому приводному элементу. Если приводной элемент вращается в направлении, которое могло бы раскручиваться, пружина мгновенно расширяется и проскальзывает, хотя и с некоторым сопротивлением. По этой причине пружинные муфты обычно необходимо смазывать легким маслом. Вращение приводного элемента в другую сторону заставляет пружину плотно обхватывать приводную поверхность, и сцепление очень быстро блокируется. Крутящий момент, требуемый для проскальзывания пружинной муфты, растет экспоненциально с увеличением числа оборотов пружины, подчиняясь уравнению для шпиля .

использование

Автомобильные трансмиссии

Механические трансмиссии

Большинство легковых и грузовых автомобилей с механической коробкой передач имеют сцепление, состоящее из фрикционного диска (дисков), который приводится в действие с помощью самой левой педали, при этом движение передается на сцепление с помощью гидравлики (главный и рабочий цилиндры) или троса. Сцепление выключается только тогда, когда водитель нажимает педаль сцепления в сторону пола, поэтому по умолчанию трансмиссия подсоединяется к двигателю. Предусмотрено «нейтральное» положение передачи, так что педаль сцепления может быть отпущена при неподвижном автомобиле.

Помимо стартов с места, сцепление обычно требуется для переключения передач. Хотя коробка передач не перестает вращаться во время переключения передач, через нее не передается крутящий момент, что снижает трение между шестернями и их зацеплениями. Выходной вал коробки передач постоянно соединен с главной передачей , затем с колесами, и поэтому оба всегда вращаются вместе с фиксированным передаточным числом. При выключенном сцеплении входной вал коробки передач может свободно изменять свою скорость при изменении внутреннего передаточного числа. Любая результирующая разница в скорости между двигателем и коробкой передач выравнивается, поскольку сцепление немного проскальзывает при повторном включении.

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. В некоторых гоночных сцеплениях используются небольшие многодисковые диски, не являющиеся частью маховика. И сцепление, и маховик заключены в конический колокол коробки передач. В небольшом количестве автомобилей с передним расположением двигателя и задним приводом (например, Alfa Romeo Alfetta, Porsche 924 и Chevrolet Corvette C5) используется компоновка коробки передач с трансмиссией, расположенной рядом с задней частью автомобиля; в этом случае сцепление устанавливается с трансмиссия (поэтому карданный вал постоянно вращается вместе с двигателем, даже когда сцепление выключено).

Автоматические трансмиссии

Некоторые автоматические трансмиссии используют муфту блокировки для предотвращения проскальзывания гидротрансформатора при движении на более высоких скоростях. Блокирующая муфта предназначена для повышения экономии топлива за счет минимизации потерь энергии, вызванных проскальзыванием гидротрансформатора.

Другое автомобильное использование

В автомобилях сцепления используются не только в трансмиссии. Например, вентилятор охлаждения двигателя с ременным приводом может иметь муфту с тепловым приводом. Ведущий и ведомый элементы разделены жидкостью на основе силикона и клапаном, управляемым биметаллической пружиной . Когда температура низкая, пружина заводится и закрывает клапан, что позволяет вентилятору вращаться со скоростью примерно от 20% до 30% скорости 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 вала.

Другие муфты - например, для компрессора кондиционера - включают муфты в электронном режиме, используя магнитную силу для соединения ведущего элемента с ведомым элементом.

Мотоциклы

Клатч корзины

На мотоциклах обычно используется мокрое сцепление, при этом сцепление работает в том же масле, что и трансмиссия. Эти муфты обычно состоят из набора чередующихся фрикционных пластин и стальных пластин. На внешнем диаметре фрикционных дисков имеются выступы, которые фиксируют их в корзине, которая вращается коленчатым валом. Стальные пластины имеют выступы на внутреннем диаметре, которые фиксируют их на первичном валу трансмиссии. Набор винтовых пружин или тарелка диафрагменной пружины прижимает диски друг к другу при включении сцепления.

На мотоциклах сцепление приводится в действие ручным рычагом на левом руле. Отсутствие давления на рычаг означает, что диски сцепления включены (движение), при оттягивании рычага назад к водителю диски сцепления отключаются с помощью троса или гидравлического привода, что позволяет водителю переключать передачи или двигаться накатом. На гоночных мотоциклах часто используются скользящие муфты, чтобы устранить эффект торможения двигателем , который, будучи применен только к заднему колесу, может вызвать нестабильность.

Смотрите также

использованная литература