Принцип работы автомобильного сцепления

Назначение и общее устройство сцепления автомобиля

Сцепление служит для отсоединения двигателя от коробки передач при переключении передач, а также для плавного их соединения при трогании автомобиля с места и после включения передачи.

Действие сцепления основано на использовании сил трения, возникающих между трущимися поверхностями. Сцепления, применяемые на автомобилях, по форме трущихся между собой деталей называются дисковыми. По числу ведомых дисков сцепления разделяются на однодисковые и двухдисковые. Устройство однодискового сцепления показано на рисунке.

Рис. Схема устройства однодискового сцепления: 1 — коленчатый вал двигателя; 2 — ступица ведомого диска; 3 — ведомый, диск; 4 — маховик; 5 — нажимной (ведущий) диск; 6 — нажимной рычаг выключения; 7 — масленка; 8 — нажимной подшипник; 9 — коробка передач; 10 — педаль сцепления; 11 — вилка выключения; 12 — нажимная пружина; 13 — оттяжная пружина педали; 14 — фрикционные накладки; 15 — ведущий вал коробки передач

При работе двигателя и включенном сцеплении, т. е. когда педаль 10 сцепления не нажата, а ведомый диск 3 с приклепанными к нему фрикционными накладками 14 плотно зажат нажимными пружинами 12 между маховиком 4 двигателя и нажимным (ведущим) диском 5, коленчатый вал с .маховиком, нажимной диск, ведомый диск и связанный с ним через ступицу 2 ведущий вал 15 коробки передач 9 вращаются как одно целое и передают крутящий момент от двигателя коробке передач.

Для выключения сцепления, т. е. для отсоединения коробки передач от двигателя, необходимо полностью выжать педаль 10. При этом связанная с педалью системой рычагов и тяг вилка 11 подает нажимной подшипник 8 вперед, подшипник нажимает на длинные концы рычагов 6 выключения и заставляет их короткие концы отойти назад. Связанный с рычагами выключения нажимной диск 5 также отходит назад и сжимает нажимные пружины 12. Вследствие этого прекращается нажим на ведомый диск 3 и он перестает вращаться и передавать крутящий момент от двигателя коробке передач.

Как только водитель снимает ногу с педали сцепления, нажимные пружины 12, разжимаясь, передвигают нажимной диск 5 вперед. При этом ведомый диск 3, оказавшись снова зажатым между нажимным диском 5 и маховиком 4, начинает вращаться вместе с ними, сцепление вновь включается и крутящий момент от двигателя передается коробке передач.

Надежность работы сцепления при максимальной нагрузке обеспечивается достаточной силой трения между дисками. Эта сила создается нажимными пружинами и применением для ведомых дисков специальных фрикционных накладок, способствующих увеличению трения между соприкасающимися поверхностями. Работа сцепления в момент его включения и выключения связана с некоторой пробуксовкой ведомого диска, что вызывает его нагрев. Чтобы избежать чрезмерного нагрева и коробления диска вследствие нагрева, наружная часть диска делается в виде отдельных секций (рис. а).

Плавность включения сцепления достигается не только постепенным опусканием педали при включении, но и применением пружинящего ведомого диска. Упругость диска обеспечивается тем, что каждая из секций несколько изогнута. Фрикционные накладки приклепываются к такому диску так, чтобы одна из них соединилась с секциями, имеющими выгиб назад. Вследствие этого при включении сцепления изогнутые секции постепенно выпрямляются и сила трения между трущимися поверхностями возрастает плавно.

Рис. Ведомый диск сцепления: а — с радиальными разрезами на секции; б — с приклепанными пружинными пластинами; в — с волнистыми секциями; 1 — секция диска; 2 — пружинящая пластина; 3 — волнистая секция; 4 — фрикционные накладки

Чтобы увеличить плавность включения сцепления, в некоторых конструкциях сцеплений передняя фрикционная накладка приклепывается непосредственно к диску, имеющему отдельные секции, а задняя — к волнистым пружинящим пластинам, которые в свою очередь приклепаны к диску (рис. б). В других конструкциях фрикционные накладки приклепываются к упругим волнистым секциям, соединенным с диском заклепками (рис. в).

В силовой передаче автомобиля для гашения крутильных колебаний, возникающих при неравномерном вращении коленчатого вала двигателя или при резких изменениях скорости вращения валов силовой передачи, наблюдающихся во время движения по неровным дорогам, ведомый диск сцепления соединяется со своей ступицей не жестко, а через небольшие спиральные пружины. Полное выключение сцепления при нажатии на педаль обеспечивается отведением нажимного диска от маховика двигателя при помощи рычагов выключения или специальных пружин.

Передача тепла нажимным пружинам от нагревающегося во время пробуксовки нажимного диска крайне нежелательна, так как это может привести к отпуску пружин и потере ими упругости. Во избежание этого между пружинами и нажимным диском обычно ставятся теплоизолирующие шайбы.

Для охлаждения сцепления в верхней части его картера предусмотрены вентиляционные отверстия, закрытые сетками.

Выжимную муфту и ее подшипник необходимо периодически смазывать. Смазка подводится к ним через колпачковую масленку, установленную в люке картера сцепления.

Как работает сцепление, каковы его типичные неисправности, и как их избежать

Важным элементом механической трансмиссии является сцепление, которое служит для кратковременного отсоединения двигателя от трансмиссии. Кроме того, сцепление является своеобразным демпфером, защищающим двигатель от перегрузок. Как оно работает, и как продлить его жизнь?

Как работает сцепление?

В большинстве легковых автомобилей с механической коробкой передач используется сухое однодисковое сцепление. Его конструкция довольно проста: это два взаимно прилегающих диска – ведущий (корзина) и ведомый, выжимной подшипник и система привода. В однодисковом варианте первичный вал коробки передач входит в шлицевую муфту в центре ведомого диска, а поверхности маховика двигателя, накладок ведомого диска и нажимного диска корзины плотно прилегают друг к другу. За счет этого и обеспечивается передача потока мощности от двигателя к коробке передач, причем исправное сцепление спокойно «переваривает» всю мощность, развиваемую двигателем.

В обиходе ведущий диск сцепления, включающий в себя нажимной диск (с гладкой блестящей поверхностью), диафрагменную пружину (лепестки в центре) и кожух, называют корзиной

При нажатии на педаль сцепления выжимной подшипник воздействует на пластинчатые пружины корзины, из-за чего поверхности ведомого и ведущего дисков рассоединяются. Соответственно, происходит отключение первичного вала от маховика – то есть, физическое рассоединение двигателя и коробки передач, что позволяет переключить передачу или включить «нейтралку». При включении сцепления (отпускании педали) выжимной подшипник перестает давить на пластинчые пружины, и диски снова смыкаются, а демпферные пружины в центральной части ведомого диска гасят крутильные колебания, возникающие в движении.

Хорошо видны четыре демпферные пружины ведомого диска сцепления, а также изношенные фрикционные накладки

При нормальной работе сцепления оно не привлекает к себе внимания. Но при его неисправности водитель, к примеру, не сможет включить передачу или тронуться с места. Какие же возможны проблемы?

Какие неисправности могут возникнуть при работе сцепления?

Итак, с какими же проблемами в работе сцепления можно столкнуться на практике? Во-первых, это неполное выключение сцепления — как говорят опытные водители, оно «ведёт». При нажатии педали поверхности маховика и ведомого и ведущего дисков в таком случае не размыкаются полностью, и попытки переключить передачу сопровождаются хрустом и скрежетом кареток сихронизаторов, ведь полного разъединения коробки передач и мотора не происходит.

Обратная неприятность – пробуксовка сцепления: то есть, его неполное включение. При этом поверхности маховика, ведомого диска и ведущего диска, наоборот, неплотно прилегают друг к другу и проскальзывают, из-за чего может возникнуть характерный запах горелых фрикционных накладок ведомого диска, а попытка резко набрать скорость приводит лишь к увеличению оборотов коленчатого вала. От двигателя на колёса при этом передается лишь небольшая часть мощности – до тех пор, пока износ поверхностей не становится критическим.

Если сцепление «буксует», вместо автомобиля «разгоняется» только стрелка тахометра

Наконец, возможны и такие неисправности, как возникновение вибраций и посторонних призвуков при включении-выключении сцепления.

Из-за чего возникают неисправности сцепления?

Обычно каждая возникшая проблема со сцеплением имеет свою предысторию. К примеру, сцепление может начать буксовать из-за сильного износа на больших пробегах автомобиля, когда фрикционные накладки ведомого диска износились, а рабочие поверхности корзины и маховика имеют выработку.

Во-вторых, сцепление можно просто «сжечь» — например, по неопытности или после длительных перегрузок. Такое, к примеру, бывает у любителей длительных выездов «враскачку» на бездорожье или в глубоком снегу, а также у поклонников резких стартов с педалью газа в пол.

Сцепление автомобиля. Принцип работы сцепления автомобиля — схема

Сцепление автомобиля – это один из главных компонентов трансмиссии. Именно оно принимает на себя весь основной удар при переключении передач, защищает машину от перегрузок и гасит колебания. Как работает сцепление на автомобиле, как оно устроено, какие функции выполняет? Ответы на все эти вопросы – далее в нашей статье.

Характеристика

Сцепление автомобиля – это узел, предназначенный для кратковременного отсоединения двигателя от коробки передач и плавного их соединения при переключении скоростей.

На большинстве современных автомобилей данный элемент размещается между коробкой передач и двигателем внутреннего сгорания.

Устройство сцепления автомобиля

По своей конструкции данная деталь представляет собой целую систему, состоящую из следующих элементов:

1. Маховик. На него вырабатывается весь крутящий момент мотора. К маховику подсоединяется корзина. Это одна из наиболее стойких к нагрузкам деталь.
2. Нажимной и ведомый диск сцепления. Данные детали тесно взаимосвязаны между собой. Нажимной диск сцепления может как соприкасаться, так и отпускаться от ведомого в зависимости от конкретного положения педали в салоне автомобиля.
3. Вилка выключения. Данная деталь при нажатии педали разжимает диски.

1. Первичный вал КПП. Это элемент, на который передается крутящий момент через сцепление автомобиля от ДВС.

Для чего нужен данный узел?

Как известно, двигатель вращается постоянно, а вот колеса – нет. И чтобы при каждой новой остановке автомобиля не приходилось глушить мотор, на коробке следует выключать ту или иную передачу, то есть путем нажатия на педаль сцепления активировать «нейтралку». При последующем движении данный узел способен снова совместить вращающийся двигатель и неподвижную КПП, плавно соединяя валы между собой. Благодаря этому происходит мягкое трогание автомобиля с места.

«Сухое» сцепление

Схема сцепления автомобиля практически всегда одна и та же (картер сцепления; подшипник выключения сцепления; втулка опорная вала вилки выключения сцепления; вилка выключения сцепления; нажимная пружина; ведомый диск; маховик; нажимной диск; кожух сцепления; первичный вал коробки передач; трос; педаль сцепления; муфта подшипника выключения сцепления; пластина, соединяющая кожух сцепления с нажимным диском; пружина демпфера; ступица ведомого диска). Однако этот узел имеет свои особенности. Некоторые производители оснащают машины разными типами узлов. Один из самых популярных на данный момент вариантов – фрикционный. При таком типе сцепления процесс передачи усилий крутящего момента осуществляются благодаря силам трения. Последние воздействуют на поверхностях соприкосновения ведомой и ведущей части. То есть передача усилий происходит напрямую между диском ДВС и КПП машины. Также данный тип сцепления называется «сухим». Особенно часто он устанавливается на полноприводные джипы.

«Мокрый» тип

Существует и так называемый мокрый тип сцепления. Чем он отличается от первого варианта? В нем имеется гидротрасформаторное масло между двумя дисками. Также на «мокром» узле нет такого жесткого сцепления между ведомым и ведущим диском.

По сравнению со своими аналогами он имеет целый ряд преимуществ. Среди них необходимо отметить хорошую защиту автомобиля от перегревов, а также высокую надежность работы механизмов. Однако есть у «мокрого» элемента и свои недостатки. Главный его минус – высокая стоимость, поэтому на большинстве бюджетных автомобилей такая система не используется.

Предназначение

Какие функции выполняет сцепление автомобиля? Прежде всего, данный узел необходим для плавного трогания автомобиля с места, о чем мы сказали в начале статьи. Если мотор с коробкой соединены жестко, то после включения передачи машина резко дергается вперед, так как на коробку передается сразу вся мощность от двигателя. Неправильное использование сцепления вызывает механическое повреждение деталей, а также приводит к частой остановке двигателя при трогании с места.

Благодаря работе сцепления, а именно скольжению ведущего и ведомого дисков, крутящий момент увеличивается постепенно. Движущие усилия возрастают не сразу, а потому машина трогается очень плавно и мягко.

Также коробка сцепления необходима для легкого переключения передач во время движения транспортного средства. Когда автомобиль едет с определенной скоростью, которая стабильно растет или уменьшается, возникает необходимость в переходе на повышенную или пониженную передачу, чему способствует своевременное разъединение валов узла между трансмиссией и двигателем. В противном случае для переключения передачи требовались бы более высокие усилия, что в дальнейшем спровоцировало бы быстрый износ КПП и других его механизмов. В частности, при принудительном переводе скорости повышается нагрузка на зубья шестерен. Таким образом, сцепление также выполняет функцию уменьшения нагрузки, которая действует на поверхность деталей КПП, что облегчает переход с одной передачи на другую. При этом коробка передач (фото данного механизма представлено ниже) терпит минимальные нагрузки от двигателя. А это значительно повышает срок службы деталей КПП, цена которых порой слишком велика.

Как оно функционирует?

Принцип работы сцепления автомобиля заключается в трении нескольких дисков. Действие данного узла заключается в плотном сжатии рабочих поверхностей маховика и прижимной поверхности корзины. Ниже мы рассмотрим этот момент более подробно.

Когда узел находится в рабочем состоянии, под действием выжимной пружины диск корзины плотно прилегает к сцеплению и прижимает его к маховику. При этом первичный вал заходит в шлицевую муфту. Далее производится передача крутящих усилий на него от диска сцепления. Когда водитель нажимает на педаль, он задействует работу выжимного подшипника. Последний нажимает на пружину. Таким образом, поверхность корзины отходит от диска сцепления. После этого первичный вал КПП прекращает свое движение.

Устройство и принцип работы сцепления автомобиля

Сцеплением называется механизм трансмиссии, передающий крутящий момент от двигателя к коробке передач за счет силы трения. Также оно позволяет кратковременно отсоединить двигатель от трансмиссии и вновь их плавно соединить. Существует достаточно много разновидностей муфт сцепления. Они различаются по количеству ведомых дисков (однодисковое, двухдисковое или многодисковое), по типу рабочей среды (сухое или мокрое) и по типу привода. Разные виды сцеплений имеют соответствующие преимущества и недостатки, но наибольшее распространение на современных автомобилях получило однодисковое сухое сцепление либо с механическим, либо гидравлическим приводом.

Функции сцепления

Муфта сцепления устанавливается между двигателем и коробкой передач и является одним из наиболее нагруженных элементов трансмиссии. Она выполняет следующие основные функции:

1. Плавное разъединение и соединение двигателя и коробки передач.
2. Передача крутящего момента без проскальзывания (без потерь).
3. Компенсация вибраций и нагрузок от неравномерности работы двигателя.
4. Снижение нагрузок на элементы двигателя и трансмиссии.

Элементы муфты сцепления

Стандартная муфта сцепления, применяющаяся на большинстве автомобилей с механической коробкой передач, включает следующие основные элементы:

• Маховик двигателя — ведущий диск.
• Ведомый диск сцепления.
• Корзина сцепления — нажимной диск.
• Выжимной подшипник сцепления.
• Муфта выключения сцепления.
• Вилка сцепления.
• Привод сцепления.

На ведомый диск сцепления с обеих сторон установлены фрикционные накладки. Его функция — передача крутящего момента за счет силы трения. Встроенный в корпус диска пружинный демпфер крутильных колебаний смягчает соединение с маховиком и гасит вибрации и нагрузки от неравномерности работы двигателя.

Схема расположения диска сцепления, корзины и выжимного подшипника с муфтой выключения

Нажимной диск и диафрагменная пружина, воздействующие на ведомый диск сцепления, в сборе представляют собой единый узел, получивший название «корзина сцепления». Ведомый диск сцепления расположен между корзиной и маховиком и соединен с первичным валом коробки передач с помощью шлицев, по которым он может перемещаться.

Диафрагменная пружина корзины может быть либо нажимного, либо вытяжного принципа действия. Отличие – в направлении приложения усилия от привода сцепления: к маховику или от маховика. Особенность конструкции пружины вытяжного действия позволяет использовать корзину, толщина которой значительно меньше. Это делает узел максимально компактным.

Принцип работы

Принцип работы сцепления основан на жестком соединении ведомого диска сцепления и маховика двигателя за счет возникающей силы трения от усилия, которое создает диафрагменная пружина. Сцепление имеет два режима: «включено» и «выключено». Основное время работы ведомый диск прижат к маховику. Крутящий момент от маховика передаётся ведомому диску, а от него через шлицевое соединение на первичный вал коробки передач.

Схема работы диафрагменной пружины

Для выключения муфты водитель нажимает на педаль, которая соединена с вилкой механическим или гидравлическим приводом. Вилка перемещает выжимной подшипник, который, нажимая на концы лепестков диафрагменной пружины, прекращает её давление на нажимной диск, а он, в свою очередь, освобождает ведомый. В этот момент двигатель разъединен с трансмиссией.

После включения нужной передачи в коробке передач водитель отпускает педаль сцепления, вилка перестаёт воздействовать на выжимной подшипник, а тот на пружину. Нажимной диск прижимает ведомый к маховику. Двигатель соединен с трансмиссией.

Виды сцепления

Сухое сцепление

Принцип действия сцепления данного типа основан на силе трения, возникающей при взаимодействии сухих поверхностей: ведущего, ведомого и нажимного дисков. Это обеспечивает жесткую связь двигателя и коробки передач. Сухое однодисковое сцепление – самый распространенный вид, использующийся на основной массе автомобилей с механической КПП.

Мокрое сцепление

Данный вид сцепления предполагает работу трущихся поверхностей в масляной ванне. По сравнению с сухой, такая схема обеспечивает более плавное соприкосновения дисков; узел эффективнее охлаждается за счет циркуляции жидкости и может передавать больший момент на трансмиссию.

Двойное сцепление мокрого типа

Мокрая схема обычно применяется на современных роботизированных КПП с двойным сцеплением. Особенность работы такого сцепления заключается в том, что на четные и нечетные передачи КПП подается крутящий момент от отдельных ведомых дисков. Привод сцепления — гидравлический, управляемый электроникой. Переключение скоростей происходит при постоянной передаче крутящего момента на трансмиссию без разрыва потока мощности. Данная конструкция является более дорогой и сложной в производстве.

Сухое двухдисковое сцепление

Сухое двухдисковое сцепление предполагает наличие двух ведомых дисков и промежуточной проставки между ними. Данная схема способна передать больше крутящего момента при тех же размерах механизма сцепления. Сама по себе она проще в производстве по сравнению с мокрой. Обычно применяется на грузовиках и легковых автомобилях с особо мощными двигателями.

Сцепление двухмассового маховика

Двухмассовый маховик состоит из двух частей. Одна из них связана с двигателем, вторая – с ведомым диском. Обе составляющие маховика имеют небольшой свободный ход относительно друг друга в плоскости вращения и соединены пружинами между собой.

Схема двухмассового маховика

Особенностью сцепления двухмассового маховика является отсутствие пружинного демпфера крутильных колебаний в ведомом диске. Функция гашения колебаний заложена в конструкцию маховика. Помимо передачи крутящего момента он максимально эффективно сглаживает вибрации и нагрузки, возникающие от неравномерности работы двигателя.

Ресурс сцепления

Ресурс сцепления главным образом зависит от условий эксплуатации автомобиля, а также от стиля езды водителя. В среднем, срок службы сцепления может доходить до 100-150 тысяч километров пробега. В результате естественного износа, возникающего в момент соприкосновения дисков, фрикционные поверхности изнашиваются и требуют замены. Основная причина – проскальзывание дисков.

Двухдисковое сцепление обладает большим ресурсом за счет увеличенного числа рабочих поверхностей. Выжимной подшипник сцепления задействуется при каждом разрыве соединения двигателя и коробки передач. Со временем в подшипнике вырабатывается и теряет свойства вся смазка, в следствие чего он перегревается и выходит из строя.

Особенности керамического сцепления

Ресурс сцепления и эффективность его работы на пределе нагрузок зависит и от свойств материала, обеспечивающего зацепление дисков. Стандартный состав накладок дисков сцепления большинства автомобилей включает спрессованную смесь стеклянных и металлических волокон, смолы и каучука. Поскольку принцип работы сцепления базируется на силе трения, фрикционные накладки ведомого диска рассчитаны на работу при высоких температурах, доходящих до 300-400 градусов Цельсия.

Диск сцепления с керамическими фрикционными накладками

В мощных спортивных автомобилях нагрузки на сцепление намного превышают обычные нормы. Для некоторых трансмиссий может применяться керамическое и металлокерамическое сцепление. В состав материала таких накладок входит керамика и кевлар. Металлокерамический фрикционный материал менее подвержен износу и выдерживает нагрев до 600 градусов без потери рабочих качеств.

Производители используют различные конструкции муфты сцепления, оптимальные для определенного автомобиля, исходя из его назначения и стоимости. Сухое однодисковое сцепление остается достаточно эффективной и недорогой в изготовлении конструкцией. Данная схема широко применяется на легковых автомобилях бюджетного и среднего классов, а также на внедорожниках и грузовиках.