Как работает сцепление

Из чего состоит и как работает сцепление автомобиля?

Автоликбез 13 октября 2017

Коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания не соединяется с коробкой передач (трансмиссией) напрямую. Между агрегатами установлен посредник – сцепление, помогающее плавно передать крутящий момент. Узел считается довольно надежным, поскольку редко «хандрит» даже на бюджетных машинах. Но в случае поломки дальнейшее движение становится крайне затруднительным. Чтобы оценить важность данного элемента, предлагается рассмотреть устройство и принцип работы сцепления автомобиля.

Какую функцию выполняет сцепление?

Представьте, что после включения 1-й передачи первичный вал коробки подключается к работающему двигателю напрямую. Гипотетические сценарии развития событий выглядят так:

• мотору не хватит усилия, чтобы справиться с приложенной полной нагрузкой, в результате чего он заглохнет;
• силовому агрегату хватит мощности на преодоление нагрузки, отчего последует сильный рывок машины вперед;
• если в этот момент прибавить оборотов нажатием педали газа, то крутящий момент коленчатого вала может переломать зубья шестерен коробки передач.

Как видите, среди перечисленных вариантов отсутствует плавное движение с места, происходящее на автомобилях в реальной жизни. Причина следующая: без сцепления нормально тронуться с места невозможно. Более того, вы даже первую скорость не включите – прямая стыковка двух валов даст вышеупомянутый рывок. Переключение на высшие передачи тоже исключается.

Отсюда вывод: встроенное между первичным валом коробки скоростей и коленвалом двигателя сцепление нужно для плавного подключения одного агрегата к другому. Благодаря ему сила крутящего момента передается трансмиссии не сразу, а постепенно.

Отпуская крайнюю слева педаль и трогаясь с места, вы чувствуете возрастающее усилие и при необходимости можете прибавить газу, чтобы автомобиль не заглох. Аналогично совершается переход на 2-ю и последующие скорости. В машинах с автоматической коробкой передач (АКПП) нет педали сцепления, поскольку узел – посредник действует без участия водителя – переключение производит гидравлический либо электрический привод.

Принцип действия механизма

В работе узла сцепления задействованы следующие основные детали:

• маховик, жестко закрепленный на коленчатом валу силового агрегата;
• 2 диска – нажимной и ведомый, составляющие фрикционный механизм;
• кожух;
• нажимные пружины;
• подшипник;
• диафрагменная пружина в виде концентрических рычагов;
• вилка;
• рабочий цилиндр гидравлического привода, срабатывающий при нажатии педали.

Примитивнейший механизм, который применялся в прошлом столетии, не включал гидроцилиндр, значительно облегчающий работу водителю. Вместо него стоял механический тросовой привод.

Ведущий диск (он же – корзина) прикручен к маховику болтами и вращается вместе с ним. Нормальное состояние сцепления, когда педаль находится в отжатом положении, – «подключено». То есть, коленчатый вал мотора и первичный коробки передач соединены посредством диска, придавленного к плоскости маховика пружиной. Когда вы нажимаете педаль, узел работает по такому алгоритму:

1. Через тормозную жидкость усилие передается гидроцилиндру, толкающему вилку.
2. Вилка надавливает на подшипник, а он толкает концентрические рычаги, чьи концы упираются в нажимной диск.
3. Концы рычагов отводятся назад и освобождают диск, в результате связь между валами разрывается, при этом вращающийся коленвал не крутит шестерни коробки.
4. Когда нужно тронуться с места, вы постепенно отпускаете педаль. Подшипник высвобождает рычаги, которые под воздействием пружин давят на диск. Последний прижимается к маховику фрикционной поверхностью и автомобиль плавно движется вперед.
5. Алгоритм повторяется при каждом переключении скоростей.

Чтобы сделать стыковку двигателя с трансмиссией более плавной, устройство сцепления предусматривает несколько демпферных пружин внутри ведомого диска. В момент касания фрикционных накладок поверхности маховика они сжимаются и дополнительно сглаживают передачу усилия мотора.

Разновидности узлов

Выше было описано устройство и принцип работы самой распространенной конструкции сцепления сухого типа, устанавливаемого на автомобили с механической коробкой передач. В легковых машинах, оснащенных АКПП, применяются системы «мокрого» типа, где детали фрикционного механизма погружены в жидкость. Это позволяет снизить воздействие силы трения продлить ресурс узла.

Существующие конструкции сцепления делятся на такие разновидности:

• по количеству фрикционных поверхностей: одно– и многодисковые;
• по способу управления: механические, с сервоприводом и гидравлические;
• по рабочей среде – сухие и влажные.

Многодисковая система внедрена вместе с моторами повышенной мощности. Причина следующая: одна группа фрикционных накладок тяжело переносит повышенные нагрузки и довольно быстро изнашивается. Благодаря конструкции с двумя дисками, разделенными проставкой, большой крутящий момент равномерно распределяется на 2 группы накладок (выжим происходит одновременно). Снижение удельной нагрузки дает увеличение срока службы узла.

С действием механического (педального) привода вы уже познакомились. На автомобилях с автоматической коробкой обычно устанавливается привод от гидротрансформатора, включающий сцепление самостоятельно. Принцип работы прост: вместе с повышением оборотов коленчатого вала возрастает давление масла в трансформаторе. Когда оно достигает определенного порога, срабатывает клапан, отжимающий пружины и переключающий скорости автоматически.

Сцепление в автомобиле с роботизированной коробкой включается сервоприводом по команде электронного блока управления. Последний ориентируется на показания датчиков и в нужный момент посылает сигнал приводу выжать сцепление. Выбрать момент переключения на другую скорость может и водитель, посылая импульс посредством рукоятки КПП либо подрулевых лепестков.

Распространенные неисправности

Чаще всего в механизме сцепления возникают следующие неполадки:

• протечка манжеты гидроцилиндра;
• критический износ фрикционных накладок;
• ослабление диафрагменной пружины;
• замасливание и пробуксовка ведомого диска;
• поломка либо заедание вилки.

Только первая неисправность, связанная с утечкой тормозной жидкости, позволяет без проблем добраться до автосервиса. В остальных случаях сцепление может не включиться и ехать дальше не получится.

Совет. Если вам удастся перевести механическую КПП на 1-ю передачу, попытайтесь тронуться со стартера, не касаясь педали сцепления. Это позволит доехать до СТО на малой скорости своим ходом.

Иногда в результате поломки механизма сцепления на АКПП «повисает» включенная передача, что дает возможность добраться в гараж или мастерскую. Но после остановки дальнейшее движение исключено. Если машина с механической коробкой доставляется на сервис методом буксировки, то с автоматической – только эвакуатором.

Система сцепления автомобиля

Система сцепления автомобиля служит для плавного соединения коленвала двигателя с валом коробки передач для того, чтобы передать крутящий момент. Это необходимо при движении с места и при переключении передач в пути.

Существует несколько типов сцепления: механическое (фрикционное), электрическое, гидравлическое, а также их комбинированные варианты.

Все сцепления схожи по принципу работы, по сути являются механическими с различными модификациями отвечающих заданным условиям комфорта и эксплуатации. Конструктивно состоит из множества элементов, разнообразие сочетаний которых определяет тип сцепления:

• одно и двухпоточное, представляет собой сочетание двух однопоточных, на легковых автомобилях применяют однопоточное сцепление;
• по трению: мокрое (в масле) и сухое (в воздушной среде);
• постоянно, применяемое на легковых автомобилях и непостоянно замкнутое;
• по количеству имеющихся ведомых дисков: 1-дисковые (наиболее распространенные), 2-дисковые и многодисковые.
• от того, какие используются пружины, могут быть такие типы: с диафрагменной (по центру) пружиной и с цилиндрическими (по окружности) пружинами.

Чаще всего сейчас на автомобилях встречается однодисковое сцепление сухого типа.

Конструктивные особенности и принцип работы

1. Механическое сцепление делает свою работу, используя силы трения.
2. Гидравлический тип соединения вала мотора с валом коробки происходит благодаря потоку жидкости.
3. Электромагнитный тип работает за счёт магнитного поля.

Рассмотрим отдельно каждый вид сцепления и его приводы.

Механическое

Сцепление с механическим приводом

Структура механического сцепления обычно представляет собой один и более фрикционных дисков, которые сжаты с маховиком или между собой пружинами. Привод механического сцепления осуществляется по средствам троса.

Маховик болтами крепится к коленвалу мотора. Он используется в качестве ведущего диска.

Сейчас распространено использование двухмассового маховика, который стабилизирует крутящие нагрузки на вал. Обе части его соединяются одна с другой пружинами.

Корзина бывает нажимного (лепестки сдвигаются внутрь, к маховику) и вытяжного вида (например, на некоторых французских моделях). Для каждого вида применяется свой выжимной подшипник. Крепление корзины к маховику производится болтами.

Ведомый диск входит в шлицы вала коробки и способен по ним смещаться. Дисковые демпферные пружины выполняют функцию сглаживания колебаний в момент переключения передач.

Фрикционные накладки крепятся заклепками к основанию ведомого диска. Выполнены они из композитного вещества: чаще — из кевларовых нитей или углеродного волокна, иногда – из керамики. Особо прочные – это металлокерамические накладки. Они рассчитаны выдерживать температуру вплоть до 600°С кратковременно.

Выжимной подшипник закреплен на защитном кожухе и имеет выжимную площадку. Находится на первичном вале.

Принцип работы

К коленвалу двигателя крепится маховик и выполняет функцию ведущего диска. Кроме этого есть «корзина» (т.е. нажимной диск) и ведомый диск (с фрикционными накладками). «Корзина» придавливает ведомый диск к маховику, что способствует передаче крутящего момента к коробке передач от мотора.

Нажимной диск имеет круглую форму с лучевым основанием и плотно соединен с маховиком. На нем находятся выжимные пружины лепесткового типа, которые взаимодействуют с прижимной площадкой. Размер площадки соответствуют диаметру маховика. Между площадкой и маховиком размещен ведомый диск. Выжимной подшипник давит на выжимные пружины по центру выжимного диска. Движение от надавливания на педаль сцепления переходит через трос далее на выжимную вилку, а она уже смещает выжимной подшипник. По центру диска подшипник давит на выжимные пружины. В итоге площадка выходит с зацепления с ведомым диском.

Гидравлическое

Гидравлическим называется механическое сцепление с гидравлическим приводом. Основные составляющие – это, прежде всего цилиндры: главный и рабочий. Если утопить педаль сцепления, тогда шток главного гидроцилиндра соответственно сместится. Возникшее давление переходит по трубке в рабочий цилиндр, который двигает выжимную вилку, а та смещает подшипник.

Двухдисковое

Таким сцеплением комплектуются тяжелые грузовики, тракторы, танки, некоторые мотоциклы и спортивные кары.

Оно используется, если присутствуют крутящие моменты повышенной мощности. Его установка обеспечивает более продолжительный ресурс применяемых деталей конструкции.

Здесь используются 2 ведомых диска, а «корзина» обладает двумя рабочими поверхностями. В конструкцию добавлена система управления синхронным нажатием.

Мокрого трения

Механизмы этого сцепления выполняют свои функции в масляной среде.

Оно применяется на мотоциклах, которые имеют поперечное расположение мотора.

Это обусловлено конструктивной особенностью самих мотоциклетных моторов. Здесь используется один и тот же картер: как для коробки передач, так и мотора.

Принцип работы. Шток, который пропускается через пустотелый вал коробки, посылает возвратно-поступательное движение от троса рычага сцепления.

Роль выжимного подшипника играет шарик на торце штока. Он воздействует на грибок. В результате отводится нажимной диск, сжатие между пакетом дисков ослабляется, вал коробки перестает крутиться.

Саморегулирующееся

Бывает таких видов: SAC, XTend, SAT.

Self Adjusting Clutch (SAC). Используется дополнительная пружина. В процессе износа накладок ведомый диск начинает увеличивать давление, в результате чего происходит равномерный прижим до полной выработки накладок.

XTend. Механизм расположен посередине между «корзиной» с одной стороны и пружиной диафрагмы с другой.

В процессе износа по клиновидным ползунам сдвигается верхнее установочное кольцо. Уровень износа устанавливается по пружиной защелке. Она фиксируется и смещается до ограничителя.

Сверху и снизу имеются установочные кольца для компенсации постоянного износа накладок.

Self-Adjusting Technology (SAT). Зубчатая планка на опорном кольце сдвигает храповой механизм, используя червячную передачу, по мере износа накладок. Опорное кольцо конической формы. Оно находится между центральной пружиной и «корзиной». Все это фиксирует собачка. Проконтролировать износ можно по выходу зубчатой планки.

Данное устройство можно использовать на машинах, где они не были установлены заводом-изготовителем.

Электрическое

Конструктивным отличием электрической системы от механической является электромотор. Он включается в момент перемещения педали сцепления вниз. Электромотор двигает трос, и тот уже смещает выжимной подшипник через коромысло.

Электронное

Выполнено на основе электронной педали сцепления на базе механической коробки передач. Сцепление переключается электродвигателем автоматически.

Варианты исполнения

EKM. Здесь, в принципе, педаль уже не нужна, т.к. управляют системой блоки: электронный и гидравлический. Данные от датчиков на коленвале, системе подачи топлива, педали газа идут в блок управления, который передает команды гидравлическому блоку. А тот, в свою очередь, руководит механизмом сцепления.

Такая система обеспечивает экономию топлива до 10%. Переключение передач выполняется быстро и плавно.

Electronic Clutch System. Важными характеристиками такого вида являются то, что если прекратить давить на педаль газа во время движения, например, при движении по городу или на спуске, то двигатель не глохнет, торможение двигателем при спуске не происходит (машина двигается накатом).

Особенности некоторых видов

Автоматические КПП чаще всего имеют влажное (иногда, сухое) сцепление многодискового типа. Исходное движение задает не педаль, а актуатор (сервопривод).

Актуаторы бывают электрические (управляющий электронный блок и шаговый двигатель) и гидравлические (гидрораспределитель и исполнительный гидроцилиндр).

Принцип работы. При достижении заданных оборотов вращения двигателя управляющий блок отсылает сигнал на сервопривод. Тот срабатывает и отсоединяет вал двигателя от вала коробки, используя передаточный механизм. После определения автоматикой необходимой передачи выполняется переключение.

Роботизированные КПП работают от электроприводов. Среди них имеются виды с 2-мя сцеплениями, которые включаются поочередно.

Принцип работы. Когда обороты мотора возрастают, в распределителе начинает увеличиваться давление масла. При заданном значении давления распределитель направляет это давление на актуатор, который запускает весь процесс. Давление приходит к исходному значению после переключения передачи, и двигатель вновь начинает крутить вал коробки.

Вариаторы существуют: цепные, тороидальные, клиноременные. Клиноременные популярны больше других. При росте оборотов мотора сходятся «щеки» шкива под влиянием центробежной силы, натягивая ремень. Ремень приводит в движение ведомый шкив.

Керамическое сцепление служит для высоких нагрузок, поэтому используется в гоночных автомобилях и тяжелых грузовиках. Для легкового транспорта оно не оправдано, так как происходит быстрое схватывание крутящего момента мотора.

Электромагнитное порошковое сцепление можно было встретить на определенных моделях автомобилей с ручным управлением. Суть его заключалась в том, что порошок, находящийся между дисками принимал требуемую жесткость тогда, когда подавалось напряжение на обмотку электромагнита. В итоге диски получали сцепление между собой, и вал мотора начинал крутить вал коробки передач. Не получило распространения из-за очень маленького ресурса.

Кулачковые КПП применяются в гоночных машинах. При этом педаль сцепления нужна только на старте. Далее она не участвует в переключении передач.

Новые разработки

Компания Nissan планируют полностью исключить механику между рулем и колесами, ее заменит электроника. Такая система называется «steer-by-wire».

Европейские конструкторы работают над созданием двухмассовых маховиков с маятниковой системой. Здесь должны добавиться самоопределяющиеся в пространстве 3-4 детали. За счет движения в противофазе они должны более эффективно гасить колебания. Существует несколько вариантов размещения таких деталей: внутри или снаружи маховика, а также на корпусе корзины. Немцы уже выпустили первые образцы с таким типом сцепления.

Заключение

Сцепления постоянно совершенствуются, как и другие узлы и системы автомобилей. Причем, каждый вид имеет как достоинства, так и недостатки. Главное, это иметь понятие о том виде сцепления, которое установлено на вашем автомобиле и правильно его эксплуатировать.

Как работает сцепление

В статье постараемся раскрыть главные принципы работы сцепления автомобиля, составные части и какие выделяют их виды.

Резкий старт с места, или же большая нагрузка при движении быстро выводят сцепление с рабочего состояния, первым признаком поломки сцепления становится плохое переключение коробки передач, пробуксовка после того, как включили передачу, нажали на газ, обороты двигателя поднялись, а автомобиль не набирает скорость. Все это ведет к одному, пора менять сцепление. Но все же заменить не проблема, но вот для того чтоб не случилась такая беда заново, рассмотрим принцип работы сцепления.

Что такое сцепление?

Сцепление (или как его еще называют «фрикционная муфта») — это механизм автомобиля, который соединяет двигатель с трансмиссией и время от времени дает возможность рассоединять их при переключении передачи, торможения или же во время остановки. Основное задание сцепления — это фрикционное взаимодействие дисков, которые располагаются на обоих валах.

Еще одной функцией, которую исполняет сцепление — это возможность плавно трогать с места автомобиль. Постольку поскольку вал двигателя вращается, а вал трансмиссии пребывает в фиксированном неподвижном положении, начало движения машины без сцепления невозможно, так как оно помогает валам плавно притереться друг к другу, и в то же время обеспечивает плавное ускорение оборотов, которое обеспечивают валы, и наконец-то привести в движение автомобиль.

Если же случайно (или не случайно) слишком быстро и резко рассоединить те двое валов, то неподвижный вал трансмиссии заклинит вращающийся вал двигателя и Ваш автомобиль просто-напросто заглохнет (в лучшем случае), или же в механизме сцепления будут поломки, на которые понадобятся немалые материальные затраты. В основном, на современных автомобилях устанавливается механические сцепления.

Из чего состоит сцепление

Чтоб не ломать сцепление, нужно знать не только как оно работает поверхностно и какие его функции, но и с каких деталей оно состоит. К основным составляющим частям относят ведомую и ведущую части, механизм отключения и нажимную систему.

Момент вращения двигателя передается от маховика на детали ведущей части, последние в свою очередь передают крутящий момент на ведущий вал КПП. Момент трения обеспечивается благодаря нажимному механизму, который благодаря плотному сцеплению ведомой и ведущей части, дает долгожданный результат движения.

Немаловажным считается выключение сцепления. Так один диск, на котором расположены периферическим образом пружины, расположено в чугунном картере, тот в свою очередь располагается в блок-картере двигателя.

В ведущую часть входит кожух сцепления и маховик, последний в свою очередь крепится к маховику коленчатого вала за счет шести специальных болтов. Нажимной диск размещается в средней части кожуха. Вращающий момент нажимного диска передается от маховика через три выступления, которые имеются в диске и входят в окна кожуха. Ведомый диск, ступица, ведущий вал коробки смены передач являются основными и обязательными составными ведомой части сцепления.

По обе стороны ведомого диска размещены фрикционные накладки, изготовлены из медно-асбестового состава (или же иного металлоасбестового состава), которые выдерживают необычайно высокую температуру и известны своими фрикционными свойствами. Со ступицей ведомый диск соединен заклепками либо же через пружины. Эти пружины являются составной частью пружинно-фрикционного гасителя вращающихся колебаний (то есть демпфера).

Сцепление с механическим приводом

Выжав педаль сцепления, мы знаем, что нужно переключить передачу, но как принцип работает внутри корзины, мало кто знает. В это время между маховиком и нажимным диском зажимается ведомый диск. Когда нажимается сцепная педаль, трос привода смещается в корзине и при этом происходит поворот рычага, который отвечает за крепление. В то же время свободный конец вилки начинает давить на выжимной подшипник. Он в свою очередь, перемещаясь к корзине, давит на диски. После этого маневра диски начинают двигать нажимной диск.

В этот же самый момент ведомый диск разгружается от той силы, с помощью которой этот ведомый диск прижимается к корзине (она же маховик). При заданной последовательности сцепление отсоединяется. Именно после этого, водитель автомобиля свободно может переключать передачу. Плавно отпуская педаль сцепления, водитель соединяет ведомый диск с корзиной. В результате таких манипуляций, вращающийся момент передается на ходовую часть и автомобиль приводиться в режим езды.

Как видим все усилия передаются через механические составные, никаких вспомогательных элементов нет.

Сцепление с гидравлическим приводом

Судя с названия этого вида сцепления, думаю, Вам, итак, стало ясно, что в гидравлическом приводе все усилия, начиная с педали сцепления и заканчивая собственно механизмом, транспортируются с помощью такой себе жидкости. Она в свою очередь размещается в гидроцилиндрах и трубках, которые соединяют все нужные в механизме элементы. Механизм строения гидравлического сцепления не очень совпадает с механическим сцеплением.

Один достаточно большой диск располагается на остром конце ведущего вала и сделанного из стали кожуха. Кожух закрепляется за маховиком. Внутри кожуха имеется пружина с радиальными лепестками. Они являются, скажем, так, выжимными рычажками. На оси располагается управляющая педаль. Она же приподнята к кузову, а именно к кронштейну. Толкач основного цилиндра прикреплен к педали сцепления при содействии шарнира. Педаль попускается тогда, когда сцепление выключается и передача переключается.

Диагностика сцепления в домашних условиях

Чаще всего при поломке слышны характерные звуки. Для этого давим пару раз на педаль сцепления и внимательно слушаем. Если появляются посторонние звуки, к примеру, такие как скрип, стук или подобное, то стоит понять, откуда они идут и устранить их. При нажатии на педаль, она должна идти свободно, без рывков и задержек. Расстояние от пола до педали при включенном или выключенном состоянии не должна превышать 145 миллиметров.

• Читайте статью про регулировку привода сцепления на автомобиле ВАЗ 2110

Встречаются еще поломки во время езды, а именно когда переключаете передачу. Если тяжело включить передачу и при включении появляются нестандартный хруст, шум и другие звуки, то не стоит затягивать. Так же при включении передачи и нажатии на газ машина не так резва, как обычно, начинает плавно набирать ход, при этом мотор работает на максимум. Это первый признак поломки диска сцепления.

• Читайте про ремонт сцепления на автомобиле ВАЗ

Видео про принцип работы сцепления и коробки передач: