Устройство и работа демпфера крутильных колебаний ведомых дисков сцепления

Даже исправный двигатель вращает коленчатый вал не совершенно равномерно: рабочие такты в цилиндрах чередуются, а поршни и шатуны постоянно ускоряются и замедляются. Такой характер вращения является волновым, а следовательно, нагрузка — знакопеременной. Возникают крутильные колебания, повторяющиеся ускорения и замедления вращения с малой амплитудой, которые передаются коробке передач и вызывают шум и дополнительные нагрузки на трансмиссию.

Смягчать их передачу помогает демпфер, встроенный в ведомый диск сцепления. Снаружи такого диска находятся фрикционные накладки, зажимаемые между маховиком и нажимным диском, а в центре расположена ступица, соединённая шлицами с первичным валом КПП. Между наружной частью и ступицей нет абсолютно жёсткой связи: они могут немного проворачиваться друг относительно друга, сжимая пружины, расположенные тангенциально (по окружности) в специальных окнах.

Получается упругая передача усилия: резкий толчок сначала деформирует пружины, а не обрушивается целиком на трансмиссию. Ход деталей ограничивают упоры, защищающие пружины от чрезмерного сжатия.

Как работает пружинный и фрикционный демпфер

Но одних пружин недостаточно. Пружина накапливает энергию, а затем отдаёт её обратно, поэтому без дополнительного сопротивления колебания продолжались бы. В демпфере предусмотрены прижатые друг к другу фрикционные кольца или шайбы, чаще всего выполненные в виде тарельчатых пружин: при взаимном повороте деталей они испытывают трение и превращают часть энергии колебаний в тепло. Пружины смягчают толчок, трение фрикционного демпфера помогает избежать появления дополнительных резонансов, обеспечивая диссипацию, то есть рассеивание и затухание колебаний.

Многоступенчатая схема: демпфер холостого хода и основной демпфер

Одна настройка упруго-диссипативных характеристик не может быть одинаково удачной для всех режимов работы двигателя и трансмиссии. Жёсткие пружины нужны для передачи большего момента (до 650 Нм на диаметре диска 280 мм), но плохо подходят для минимальных крутильных колебаний с амплитудой до 15° и крутящим моментом до 10 Нм (данные приведены для LCV) на холостом ходу.

Когда автомобиль стоит на нейтрали с отпущенной педалью сцепления, двигатель продолжает вращать входную часть КПП. Неравномерность вращения может заставлять зубья шестерён постукивать в пределах амплитуды колебаний. Мягкий демпфер холостого хода уменьшает передачу таких колебаний и связанный с ними дребезг.

Поэтому применяют несколько ступеней: при малой нагрузке, характерной для холостой работы дизельного ДВС, работает мягкий преддемпфер, а с ростом момента основную работу принимает более жёсткий демпфер — основной. Основной демпфер работает под нагрузкой, снижая передачу колебаний двигателя и смягчая динамические толчки. Это — классическая схема для современных дизельных двигателей, например таких, как Cummins ISF 2.8.

У основного демпфера тоже может быть несколько участков жёсткости. Переход нелинейного изменения момента от ступени к ступени основного демпфера задают конструктивные зазоры, предварительный натяг и подбор пружин. Так внутри одного диска сочетаются две задачи: выдерживать тяговую нагрузку на всём диапазоне кривой момента и не передавать коробке каждую пульсацию двигателя на холостых оборотах.

Демпферы STARCO для ГАЗели NEXT и Бизнес с двигателем Cummins

Сцепления STARCO SPK28008/2D, SPK28015KV, SPK28008, SPK24015KV, а также новинка сезона, усиленные комплекты S-POWER, оснащены двухступенчатой системой демпфирования: основным усиленным демпфером и дополнительным демпфером холостого хода. Для дизельных «ГАЗелей NEXT» и «Бизнес» с двигателем Cummins предусмотрен комплект SPK24015KV/SPOWER диаметром 240 мм с передаваемым моментом 500 Нм; для дизельной «ГАЗели NEXT» со сцеплением 280 мм предлагаются SPK28015KV/SPOWER, SPK280082D/S-POWER и SPK28008/S-POWER на 600 Нм.

Основной демпфер смягчает крутильные колебания двигателя и ударные динамические нагрузки, а ДХХ уменьшает передачу паразитных крутильных колебаний на холостом ходу, в том числе связанных с работой шатунно-поршневой группы. При этом снижение шума в салоне составляет не менее 5 дБ, согласно внутренним исследованиям технического отдела STARCO. Такая схема помогает защищать КПП от вибрационных и силовых динамических нагрузок. Назначение всех ступеней демпфирования описано и в нашем обзоре нового стенда лаборатории STARCO, которым мы пользуемся при разработке сцеплений.