Документ описывает инновационное изобретение в области автомобилестроения, касающееся сцепления, передающего крутящий момент от двигателя к трансмиссии. Целью изобретения является упрощение конструкции сцепления, увеличение надежности и работоспособности путем замены трения скольжения на трение качения. Описанное устройство включает цилиндрическую обойму и ролики, обеспечивающие эффективное соединение между маховиком и коробкой передач без необходимости в традиционных фрикционных механизмах.

1. РЕСПУБЛИКА КАЗАХСТАН
(19) KZ (13) A4 (11) 28843
(51) F16D 13/00 (2006.01)
КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ
МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ
(21) 2013/1209.1
(22) 16.09.2013
(45) 15.08.2014, бюл. №8
(76) Овчаров Михаил Степанович
(56) Вахламов В.К., Автомобили конструкция и
элементы расчета// Высшее профессиональное
образование.-М.: Издательский центр «Академия»,
2006, с.480
(54) СЦЕПЛЕНИЕ ОВЧАРОВА
(57) Изобретение относится к автомобилестроению,
в частности, к механизму трансмиссии автомобиля -
сцеплению, передающему крутящий момент от
коленчатого вала двигателя к коробке передач.
Целью изобретения является: упрощение
конструкции механизмов сцепления и его привода,
замена механизма трения скольжения на механизм
трения качения и, следствие этого, увеличение
работоспособности и надежности.
Устройством для достижения указанной цели
является сцепление у которого первичный вал
коробки передач, со стороны маховика, выполнен в
виде цилиндрической обоймы и центрируется
относительно корпуса сцепления посредством
роликов, расположенных радиально в два ряда, при
этом корпус сцепления жестко связан с маховиком и
выполнен с замкнутой полостью, заполненной
наполнителем, с поршнем и с концентрическим
отверстием, сквозь которое проходит подвижный
стержень, кроме этого, корпус выполнен с наружной
цилиндрической упругой стенкой, которая
деформируется при повышении давления в
наполнителе и прижимает ролики к цилиндрической
обойме первичного вала. Замкнутая полость через
плунжеры контактирует с центральным поршнем,
который постоянно поджимается к плунжерам
давлением жидкости от системы смазки двигателя,
причем жидкость подается через осевое отверстие,
выполненное в коленчатом валу. Подвижный
стержень постоянно находится в контакте с
центральным поршнем и через радиальный палец с
муфтой выключения, причем радиальный палец
перемещается в радиальном пазу первичного вала.
До полного включения сцепления (заклинивания
роликов), оно работает как роликовый
передаточный механизм с передаточным числом
равным отношению диаметра внутренней
цилиндрической поверхности обоймы первичного
вала к диаметру наружной цилиндрической упругой
стенки корпуса.
(19)KZ(13)A4(11)28843

2. 28843
2
Предлагаемое изобретение относится к
автомобилестроению, в частности, к механизму
трансмиссии автомобиля - сцеплению,
передающему крутящий момент от коленчатого вала
двигателя к коробке передач и предохраняющему
механизмы трансмиссии от динамических нагрузок,
возникающих в процессе работы автомобиля.
Известны различные типы сцепления -
фрикционные, гидравлические и электромагнитные,
все они являются постоянно замкнутыми, т.е.
постоянно включаемыми и выключаемыми
водителем при переключении передач, торможении
и остановке автомобиля.
Наибольшее применение на автомобилях
получили фрикционные сцепления - однодисковые,
двухдисковые и многодисковые. Гидравлические
сцепления, или гидромуфты, в качестве отдельного
механизма трансмиссии на современных
автомобилях не применяются. Ранее они
использовались совместно с последовательно
установленным фрикционным сцеплением.
Электромагнитные сцепления широкого
распространения не получили в связи со
сложностью их конструкции (Вахламов В. К.
Автомобили: Конструкция и элементы расчета:
учебник для студ. высш. учебн. заведений. -М.:
Издательский центр «Академия», 2006. с.480).
Общим недостатком всех сцеплений является
сложность конструкции, постоянный износ
фрикционных накладок на ведомом диске и,
следовательно, необходимость постоянного
проведения ремонтных работ по их замене,
необходимость создания дополнительных
усилительных механизмов, обеспечивающих
снижение затрачиваемой работы водителем на
управление сцеплением.
В устройстве, принятом за прототип, широко
известны сухие дисковые сцепления. Они
обеспечивают плавное трогание автомобиля с места,
кратковременное отключение вала двигателя от
трансмиссии при переключении передач, а также
надежную передачу крутящего момента от
двигателя к трансмиссии. Передача крутящего
момента через сцепление обеспечивается силой
трения между дисками. Плавность включения
достигается изменением усилия прижатия дисков
сцепления за счет их проскальзывания. Сцепление
состоит из механизма сцепления и его привода.
Конструкция сцепления включает: маховик, с
жестко закрепленным на нём кожухом; прижимной
диск, закрепленный с кожухом через рычаги и
нажимные пружины; ведомый диск, установленный
на шлицах первичного вала коробки передач; муфту
выключения сцепления с упорным подшипником и
приводом управления сцеплением (Вахламов В.К.
Автомобили: Конструкция и элементы расчета:
учебник для студ. высш. учебн. заведений. - М.:
Издательский центр «Академия», 2006. с.480).
Недостатком всех известных сцеплений
автомобилей является - сложность конструкции;
быстрый выход из строя фрикционных накладок,
использование гидравлических, пневматических и
вакуумных усилителей для снижения трудоемкости
работы водителя, затрачиваемой на управление
сцеплением, высокая температура нагрева трущихся
частей сцепления, трудоемкость проведения
ремонтных работ, по замене фрикционных накладок
ведомого диска и т.д.
Задачей настоящего изобретения является:
упрощение конструкции механизмов сцепления и
его привода, замена механизма трения скольжения
на механизм трения качения, увеличение
работоспособности и надежности.
Технический результат для достижения
указанной цели определяется тем, что первичный
вал, со стороны маховика, выполнен в виде
цилиндрической обоймы и центрируется
относительно корпуса сцепления посредством
роликов, расположенных радиально в два ряда, при
этом корпус жестко связан с маховиком и выполнен
с замкнутой полостью, заполненной наполнителем,
центральным поршнем и с концентрическим
отверстием, сквозь которое проходит подвижный
стержень, кроме этого корпус выполнен с наружной
цилиндрической упругой стенкой, которая
деформируется при повышении давления в
наполнителе и прижимает ролики к цилиндрической
обойме первичного вала. Замкнутая полость через
плунжеры контактирует с поршнем, который
постоянно поджимается к плунжерам давлением
жидкости от системы смазки двигателя, причем
жидкость подается через центральное отверстие,
выполненное в коленчатом валу. Подвижный
стержень постоянно находится в контакте с
поршнем и радиальным пальцем, проходящим через
радиальный паз первичного вала коробки передач и
прижимается к муфте выключения. До полного
включения сцепления (заклинивания роликов), оно
использует силы трения качения и работает как
роликовый передаточный механизм с передаточным
числом равным отношению диаметра внутренней
цилиндрической поверхности обоймы первичного
вала к диаметру наружной цилиндрической упругой
стенки корпуса сцепления.
На фиг.1 представлены общий вид конструкции
сцепления; на фиг.2 представлен разрез
конструкции сцепления по сечению А-А, на фиг.3
представлен разрез конструкции сцепления по
сечению Б-Б.
Предлагаемое устройство сцепление Овчарова
содержит: маховик 1, жестко закрепленный с
коленчатым валом 2 и корпусом сцепления 3,
первичный вал коробки передач 4, выполненный в
виде обоймы со стороны маховика и охватывающий
через ролики 5; корпус сцепления, а также муфту
выключения сцепления 6, которая имеет
возможность осевого перемещения по неподвижной
цилиндрической втулке 7 коробки передач.
Корпус сцепления 3 имеет замкнутую полость,
заполненную наполнителем 8-й поршень 9, который
через плунжеры 10 взаимодействует с наполнителем
8, кроме этого корпус сцепления имеет
концентрическое отверстие, в котором находится
подвижный стержень 11. Подвижный стержень 11
имеет канал, соединяющий воздушную полость
поршня с атмосферой, и постоянно контактирует с

3. 28843
3
центральным поршнем 9 и с радиальным пальцем
12, проходящим через радиальный паз 13
первичного вала коробки передач 4. Радиальный
палец 12 находится в контакте с муфтой
выключения сцепления. Зацепление корпуса
сцепления 3 с первичным валом 4 коробки передач
осуществляется деформацией упругой
цилиндрической стенки корпуса и прижатием
роликов к обойме. Ролики расположены радиально в
два ряда (фиг.3), что обеспечивает вращение
обоймы в ту же сторону что и корпус сцепления (на
фиг.3 стрелками показаны направление вращения
роликов и обечайки). Сила прижатия роликов к
обойме зависит от толщины упругой
цилиндрической стенки корпуса и за счет давления
в наполнителе, причем давление в наполнителе
изменяется в зависимости от скорости вращения
коленчатого вала двигателя. Чем больше число
оборотов коленчатого вала двигателя, тем больше
давление масла в системе смазки, больше
деформируется упругая стенка корпуса сцепления и
сильнее прижимаются ролики к обойме.
Давление в наполнителе определяется
соотношением площадей центрального поршня 9,
плунжеров 10 и давления жидкости, поступающей
от системы смазки двигателя внутреннего сгорания
по каналу 14, а также от инерционных сил,
развиваемых в наполнителе. Канал 14 выполнен по
оси коленчатого вала и сообщает поршневую
полость 15 с магистралями системы смазки
двигателя через радиальное отверстие смазки
коренной шейки коленчатого вала. Рабочий
диапазон изменения давления масла в
нагнетательных магистралях двигателя находится в
пределах 0,3...0,5 МПа.
Предлагаемое устройство работает следующим
образом.
Двигатель внутреннего сгорания не работает.
Насос системы смазки двигателя тоже не работает.
Под действием упругого состояния цилиндрической
стенки корпуса 3 и наполнителя 8, плунжеры 10
давят на поршень 9, и он занимает крайнее левое
положение, ролики 5 не зажаты и находятся в
свободном состоянии, первичный вал коробки
передач 4 центрируется обоймой на роликах и
находится в неподвижном состоянии. Сцепление
выключено.
При запуске двигателя внутреннего сгорания
насос системы смазки включается, маховик 1 с
корпусом сцепления 3 начинает вращаться.
Жидкость от насоса системы смазки по магистралям
под давлением поступает к коренным шейкам
коленчатого вала 2 и, соответственно через осевой
канал 14 в поршневую полость 15, механизма
сцепления. За счет давления жидкости двигателя
поршень перемещается вправо, воздействует на
плунжеры 10 и подвижный стержень 11. Плунжеры,
смещаясь вправо, за счет разности площадей
поршня и плунжеров, создают давление в
наполнителе, которое воздействует на упругую
цилиндрическую стенку корпуса 3, деформирует её
и прижимает ролики 5 к внутренней
цилиндрической поверхности обоймы. Ролики
перекатываясь заклиниваются, и первичный вал
коробки передач начинает вращаться. При этом
подвижный стержень 11 смещается вправо и
возвращает педаль сцепления, через муфту
выключения сцепления 6 в крайнее правое
положение. Сцепление включено и находится в
рабочем состоянии. Принцип работы предлагаемого
сцепления аналогичен работе существующих
механизмов сцепления.
Любое включение в существующих
конструкциях сцепления сопровождается его
буксованием. Буксование происходит с момента
начала включения сцепления и до момента полного
включения, при этом момент трения сцепления
изменяется от нуля до максимального значения. В
нашем случае включение сцепления
характеризуется прокручиванием роликов и
постепенным прижатием их к внутренней
цилиндрической поверхности обоймы первичного
вала коробки передач до их полного защемления. В
этом случае, отсутствует процесс трения
скольжения и имеет место процесса трения качения,
что обеспечивает значительное снижение
температуры нагрева деталей сцепления и их износ.
Давление в наполнителе может быть определено
по формуле:
,
2
)( 222
g
rR
Sz
SР
P
пл
nж
Н
−⋅⋅
+
⋅
⋅
=
ωγ
где: РH - давление в наполнителе корпуса
сцепления, при действии на него плунжеров,
пружины и инерционных сил;
РЖ - давление жидкости в системе смазки
двигателя;
Sп, Sпл - площадь поршня и площадь сечения
плунжеров;
z - количество плунжеров;
γ - удельный вес наполнителя;
ω - угловая скорость вращения маховика;
R, r - радиусы внутренней цилиндрической
упругой и неупругой стенок корпуса;
g - ускорение свободного падения тела.
Выключение сцепления осуществляется
следующим образом: водитель надавливает на
педаль сцепления и, воздействуя через систему
рычагов на муфту выключения сцепления,
перемещает её влево. Через палец 12 (фиг.2) муфта
воздействует на подвижный стержень 11 и
соответственно на поршень 9 и смещает их влево.
Усилие выключения, а соответственно и усилие на
педали сцепления, в нашем случае определяется
только площадью центрального поршня и текущим
давлением жидкости в системе смазки двигателя.
При смещении поршня влево, плунжеры
освобождаются от сил действия поршня и, за счет
упругого состояния стенок цилиндрической
поверхности корпуса сцепления, тоже смещаются
влево. Давление в замкнутой полости корпуса
сцепления падает. Ролики освобождаются от
заклинивающих сил и освобождают первичный вал
коробки передач от зацепления. Трансмиссия
автомобиля отключается от двигателя.

4. 28843
4
В предлагаемой конструкции механизма
сцепления имеется одна существенная особенность.
Если полное включение сцепления выполнить на
максимальных числах оборотов коленчатого вала, то
в период от начала включения сцепления при малых
оборотах (начала деформации цилиндрической
стенки корпуса) до полного заклинивания роликов
будет происходить постепенный рост сил трения
качения между роликами и цилиндрической
поверхностью обечайки, Эти силы трения создадут
крутящий момент, который будет крутить
первичный вал коробки передач с передаточным
отношением, равным отношению внутреннего
диаметра обоймы к наружному диаметру
деформируемой стенки корпуса сцепления (см.
Инновационный патент «Вариатор осевой» №25584,
бюл. №3, от 15.03.2012, Республика Казахстан).
Такая конструкция сцепления по мимо своего
прямого назначении позволяет ещё изменять и
передаточное отношение передачи на первичном
валу коробки передач, а это, в свою очередь,
обеспечит значительное расширение диапазона
передаточных отношений коробок передач
существующих автомобилей и отказаться от низшей
(первой) передачи. Для легковых автомобилей
предлагаемая конструкция сцепления может быть
использована непосредственно как передаточный
механизм - вариатор
Использование предлагаемого сцепление
позволит значительно снизить сложность
конструкции механизма сцепления и его привода,
(отсутствуют: кожух, пружины, нажимные и
ведомые диски, фрикционные накладки, гасители
крутильных колебаний и другие детали, а также
механизмы снижения усилия выключения
сцепления). Кроме этого, механизм сцепления
позволит заменить процесс трение скольжения на
трение качения, что обеспечит его высокую
работоспособность, надежность и нормальный
тепловой рабочий режим.
При внедрении предлагаемого изобретения,
народное хозяйство страна получит значительный
экономический эффект, а автомобиль
конструктивную простоту механизма сцепления.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Сцепление Овчарова, содержащее маховик,
первичный вал коробки передач и муфту
выключения, отличающееся тем, что первичный
вал коробки передач, со стороны маховика,
выполнен в виде цилиндрической обоймы и
центрируется относительно корпуса сцепления
посредством роликов, при этом корпус жестко
связан с маховиком и выполнен с замкнутой
полостью, заполненной наполнителем, с поршнем и
с концентрическим отверстием, сквозь которое
проходит подвижный стержень, кроме этого корпус
выполнен с наружной цилиндрической упругой
стенкой, которая деформируется при повышении
давления в наполнителе, прижимает ролики к
внутренней цилиндрической поверхности обоймы
первичного вала и заклинивает.
2. Сцепление Овчарова по п.1, отличающееся
тем, что замкнутая полость через плунжеры
контактирует с поршнем, который постоянно
поджимается к плунжерам давлением жидкости от
системы смазки двигателя, причем жидкость
подается через осевое отверстие, выполненное в
коленчатом валу.
3. Сцепление Овчарова по п.1, отличающееся
тем, что подвижный стержень постоянно находится
в контакте с поршнем и через радиальный палец с
муфтой выключения, причем радиальный палец
перемещается в радиальном пазу первичного вала.
4. Сцепление Овчарова по п.1, отличающееся
тем, что вращения обоймы и, соответственно
первичного вала, в сторону вращения маховика,
ролики расположены радиально в два ряда,
контактируют между собой и одновременно с
цилиндрическими поверхностями обоймы и корпуса
сцепления.

5. 28843
5
Верстка Ж. Жомартбек
Корректор Е. Барч