Устройство и принцип работы сцепления автомобиля

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Что такое сцепление автомобиля

Сцепление автомобиля — это один из главных автомобильных узлов, с помощью которого передается крутящий момент от двигателя к трансмиссии. По сути это фрикционная муфта, смыкающая валы силового агрегата и коробки передач. Существуют технические муфты, которые устанавливаются на механические коробки с ручным управлением, а также муфты аж с двумя сцеплениями для роботизированных преселективных коробок с автоматическим управлением, которые по функциональности почти повторяют гидромеханические автоматы.

Когда новичок садится за руль автомобиля, оснащенного механической коробкой передач, то со сцеплением начинаются его главные проблемы. Вернее, не с самим техническим узлом, а с его управлением. Молодой водитель учится правильно выжимать педаль, чтобы замыкать крутящий момент ровно без рывков и пробуксовок колес, которые напрямую отражаются на ресурсе сцепления. Получается не сразу.

Водитель может неправильно действовать педалью акселератора, и машина при старте глохнет с неприятным подергиванием. Или, наоборот, он настолько сильно давит на газ, что избыточный крутящий момент заставляет диски сцепления проскальзывать и раскаляться, из-за чего муфта в целом испытывает повышенный износ. Таким образом сцепление можно вывести из строя буквально за месяц, а при правильном использовании оно служит долгие годы.

Два типа коробок

Инженеры с течением времени разрабатывают новые типы механических коробок. Существует несколько разновидностей конструкции сцепления. Раньше большое распространение получили муфты с тросиком, который крепился на рычаге педали и уходил у такому же рычагу на коробке. Сейчас в основном делают гидравлические приводы. Они находятся под управлением электроники, которая регулирует давление в гидравлическом механизме и помогает водителю смыкать диски сцепление правильно.

Читайте также

В момент соединения дисков сцепления гидравлический механизм создает именно то усилие, которое необходимо для безопасного выравнивания вращения валов двигателя и коробки. Пробуксовки получаются незначительные, из-за чего автомобиль трогается без риска для техники. При этом плавность включения и выключения сцепления обеспечивается за счет незначительного проскальзывания фрикционных дисков.

Ошибки водителей сейчас исправляет электронный блок управления, который в современных автомобилях с механической коробкой регулирует и подачу газа при трогании с места. Он добавляет немного оборотов двигателю, чтобы обеспечить необходимую тягу для плавного старта машины, что очень сильно упрощает эксплуатацию транспортного средства для новичков. Тем самым, от водителя сейчас требуется только выжимать плавно педаль сцепления даже без нажатия акселератора, чтобы начать движение. Газ можно добавлять уже после полного смыкания дисков муфты и начала движения машины на первой передаче.

Принцип работы сцепления

Конструкция сцепления состоит из нескольких основных элементов:

• Картер и кожух закрывают основной механизм и принимают на себя часть нагрузки;.
• Внутри корзины заключен ведущий диск вместе с маховиком коленчатого вала двигателя;.
• Нажимной диск с пружинами связан через шлиц с коробкой передач;.
• С первичным валом коробки соединен ведомый диск со специальными износостойкими накладками и гасителем колебаний.

В свободном рабочем режиме сцепление сомкнуто очень жестко за счет напряжения пружин, и крутящий момент от мотора передается от коленчатого вала на маховик, затем на кожух и через пластинчатые пружины на ведущий (нажимной) диск. При отжатой педали сцепления, то есть в рабочем режиме ведомый диск плотно примыкает к маховику и нажимному диску.

Для размыкания сцепления водитель должен продавить педаль, при этом нажимной диск отходит от маховика и освобождает ведомый диск, прерывая передачу крутящего момента от двигателя к коробке передач. На эту операцию отводится всего несколько секунд. На продолжительные размыкания устройство сцепления не предназначено.

Что будет, если долго держать педаль сцепления выжатой?

Некоторые водители при остановке на светофоре не переключают коробку в нейтраль, а пережидают время работы красного света, удерживая автомобиль тормозом и выжимая педаль сцепления. Причем первая передача остается включенной. Это позволяет им сэкономить время при старте. Однако для техники такой алгоритм крайне вреден.

При нажатии на педаль усилие через гидравлическую систему передается на выжимную вилку и заставляет ее отводить диски друг от друга. Усилие это немаленькое, поэтому при долгом использовании деталь переживает сверхнормативные нагрузки. А запас прочности у нее не безграничен.

Выжимной подшипник давит на пластинчатую пружину корзины сцепления. Ее лепестки хоть и рассчитаны на частые срабатывания, но держать нагрузку минуты напролет они не должны. Это приводит к износу деталей, к потере эластичности и снижению упругости, что впоследствии ведет к выходу из строя всей конструкции. Сломаться может вилка или выжимной подшипник, который принимает на себя основную нагрузку.

Какие неисправности бывают у сцепления?

Узнать, что сцепление выработало свой ресурс, можно по ряду признаков. Диски стираются и их зацепление становится неплотным. Фрикционные накладки проскальзывают и диски начинают буксовать под нагрузкой. Если ведомый диск начал пробуксовывать, сначала на четвертой передаче, затем на третьей, то пора ехать на сервис. Водитель нажимает на газ, а автомобиль реагирует с ленцой, не столь активно, как прежде.

Часто эта неисправность проявляется после активного буксования в грязи или с снежных сугробах. Буксующие фрикционные диски трутся и горят с выделением едкого запаха. Их пригоревшая поверхность совсем перестает держать момент и сцепление уже не может работать. Автомобиль при добавлении газа не разгоняется и в лучшем случае ползет на второй передаче с невысокой скоростью.

Бывает, что сцепление пробуксовывает и включается не полностью из-за малого свободного хода педали, повреждения вилки или из-за течи масла из сальника вала двигателя. Бывает, что активные водители разбивают пружины внутри корзины.

Если сцепление включается резко с ударом, то скорее всего причина в повреждении механизма привода или в задирах на рабочих поверхностях дисков.

Как выглядит сцепление?

Ремонт сцепления требуется нечасто, но иногда все-таки приходится с ним сталкиваться. Для того чтобы снять корзину сцепления, необходимо сначала вывесить автомобиль на подъемнике и демонтировать коробку передач. Внутри корпуса трансмиссии сразу видна так называемая корзина сцепления.

К примеру, для автомобилей ВАЗ 2108−2115 она включает в себя три основные детали: чугунный нажимной диск, прикрепленный к металлическому литому корпусу, внутри прекрасно видны прорези диафрагменной пружины. Эта деталь легко узнаваема и по ней даже новичок легко различает технический узел. От формы диафрагменной пружины и величины ее лепестков зависит прижимное усилие, которые необходимо развить при выжиме педали сцепления.

Это усилие передается через вилку на выжимной подшипник, который принимает на себя немалую долю нагрузки. На переключение передачи отводится пара секунд, после чего диски должны вновь смыкаться. Однако если удерживать сцепление в разомкнутом состоянии, технический узел выходит за пределы регламентированных нагрузок и начинается его повышенный износ. Поэтому при каждой остановке необходимо включать нейтральную передачу и полностью отпускать педаль сцепления.

Преселективные коробки с двумя сцеплениями

Большое распространение сейчас получили роботизированные трансмиссии с двумя сцеплениями. Они совмещают в себе достоинства механических и автоматических коробок. Называются они преселективными, от англ. preselect — «выбирать предварительно». То есть трансмиссия позволяет включить следующую ступень коробки еще до отключения работающей передачи.

В существующем виде эти трансмиссии были представлены в середине 80-х годов конструкторами из Porsche для спортивных автомобилей. Они могли обеспечить мгновенное переключение ступеней под максимальной тягой. Причем для этого не требовалось сбрасывать педаль газа. Благодаря двойному сцеплению передачи переключались без потери крутящего момента.

Главной деталью КПП с двойным сцеплением является двойной вал. Внутри внешнего вала расположен внутренний, вставленный словно сердцевина. Оба вала работают попеременно.

Когда автомобиль трогается с места, трансмиссия включает сразу две передачи. Первая передает крутящий момент от двигателя, а вторая работает вхолостую. Затем, при достижении определенных оборотов, автоматика задействует второй вал с второй включенной ступенью, а коробка предварительно активирует третью передачу, которая начинает работать вхолостую, ожидая своей очереди. Непосредственно в процессе переключения передачи, оба сцепления становятся разомкнутыми на сотые доли секунды, из-за чего разрыв потока мощности почти не ощущается.

Вслед за спортивными автомобилями эти коробки перешли на обычные гражданские модели, причем совершенно не рассчитанные на спортивный ритм езды. Используют их Volkswagen, BMW, Ford, Audi, Porsche и даже китайские производители. Главной причиной такого шага стали экологические требования. Преселективные роботы из-за конструкции своего двойного сцепления обеспечивают меньше потерь энергии и показывают высокую экономию топлива, благодаря чему снижаются выбросы вредных веществ.

Но преселективные роботы имеют и существенные недостатки. Блок двойного сцепления имеет такой же ресурс, как и обычное сцепление в механических коробках, а стоимость его в разы выше. Кроме того, существуют проблемы при длительной эксплуатации автомобилей с преселективными роботами в условиях затрудненного городского трафика. Другими словами, они боятся пробок из-за того, что при длительных остановках коробка не включает нейтраль, а лишь удерживает диски сцепления разомкнутыми, что оборачивается повышенным износом.

Источник https://techautoport.ru/transmissiya/sceplenie-i-mufty/sceplenie.html

Источник https://auto.mail.ru/article/84693-chto-takoe-stseplenie-avtomobilya/

Источник