Схема и принцип работы сцепления автомобиля

Сухой и мокрый типы сцепления

Кроме того, сцепление может быть мокрым либо сухим. В сухом типе сцепления производится работа дисков в условиях сухого трения. Мокрое сцепление предусматривает эксплуатацию дисков в жидкости. Самым распространённым в современных транспортных средствах является сухое однодисковое сцепление.

Мокрый тип сцепления (работающее в масляной ванне) в наше время применяется, главным образом, на мотоциклах с поперечным расположением двигателя. Поскольку мотоциклетные силовые агрегаты имеют общий масляный картер и для мотора, и для коробки переключения передач. Детали сцепления в них являются совмещёнными с моторной передачей и системой запуска двигателя, и смазываются они общим моторным маслом. На автомобилях же сцепления в масляной ванне практически вышли из употребления.

Сцепление – зачем оно?

Поэтому в конструкцию автомобиля входит еще один немаловажный элемент – трансмиссия. Именно она обеспечивает передачу вращения от силового агрегата на ведущие колеса. При этом, входящая в состав трансмиссии коробка передач позволяет менять тяговое усилие и скорость вращения, подающиеся на ведущие колеса. Классическая механическая коробка передач состоит из валов и шестерен разных диаметров. Ввод в зацепление определенных шестерен позволяет изменять усилие и скорость.

Но вращение от двигателя подается на трансмиссию постоянно. Это вращение делает невозможным во время движения выводить из зацепления одни шестерни и вводить другие. Поэтому в конструкцию трансмиссии включен еще один элемент – сцепление.

Сцепление предназначено для кратковременного разъединения силовой установки и КПП. В результате работы сцепления коробка отсоединяется от мотора, то есть, вращение коленчатого вала перестает подаваться на коробку, что позволяет вводить без проблем нужные шестерни.

На легковых авто с механическими КПП распространение получило однодисковое сухое сцепление. Состоит такое сцепление из ведущего диска, помещенного в корзину, ведомого диска, выжимных рычагов или диафрагмы, выжимного подшипника и привода. Все это закрывает сверху картер сцепления.

Сцепление: диск, корзина и выжимной

Итак, в общих чертах устройство традиционного механического сцепления (однодискового) предполагает наличие следующих элементов:

• педаль сцепления в салоне автомобиля;
• приводной механизм, который может быть гидравлическим, пневматическим или механическим;
• вилка сцепления;
• выжимной подшипник;
• ведомый диск;
• корзина сцепления;

В тот момент, когда водитель нажимает на педаль, усилие передается на вилку сцепления. Затем, через выжимной подшипник, усилие передается на лепестки корзины. Далее корзина производит отжим ведомого диска сцепления от маховика, тем самым размыкая КПП и ДВС, то есть происходит разрыв потока мощности. Добавим, что на роботизированных КПП за выжим сцепления отвечает не водитель, а исполнительные механизмы, так как педаль сцепления отсутствует.

Идем далее

Если рассматривать корзину сцепления более подробно, важно понимать, что именно данный элемент позволяет реализовать соединение и разъединение диска и маховика. Другими словами, корзина осуществляет включение/выключение сцепления

При этом повреждения, износ, деформация и другие дефекты корзины приводят к тому, что весь механизм начинает работать некорректно.

Статья в тему: Отсечка оборотов двигателя: для чего это нужно

Сама корзина сцепления представляет собой единую деталь, которая включает в себя нажимной диск, диафрагменную пружину и кожух. Также корзина находится в тесном контакте с рядом деталей. Кожух корзины болтовым соединением прикреплен к маховику. Возвратная пружина, которая крепится в корзине, взаимодействует с выжимным подшипником.

Нажимной диск позволяет соединить ведомый диск и маховик. Когда сцепление выключено, нажимной диск осуществляет нажим на ведомый диск, который находится в контакте с маховиком.

Если сцепление выключено, давление нажимного диска на ведомый диск отсутствует, то есть диск вращается отдельно от маховика. Кстати, нажимной диск соединен с кожухом корзины посредством специальных пластинчатых пружин (тангенциальные пружины). Во время выключения сцепления пружины выполняют функцию возвратных пружин.

Также в устройстве корзины следует выделить диафрагменную пружину. Данная пружина создает нужное усилие, чтобы эффективно соединять диск и маховик. Получается, от силы прижима будет зависеть передача крутящего момента от ДВС на коробку передач.

Диафрагменная пружина по виду напоминает лепестки и прикреплена к краю кожуха. Во внутренней части кожуха пружина прикреплена к кожуху болтами или опорными кольцами (в зависимости от конструктивных особенностей). Выжимной подшипник сцепления нажимает на концы лепестков снаружи корзины сцепления. Такое нажатие позволяет добиться того, что внутри корзины пружина не нажимает на сам нажимной диск.

Рекомендуем: Устройство и принцип работы автоматической коробки передач

Статья в тему: Промывка гидрокомпенсаторов без снятия мотора

Еще в рамках данной статьи следует отметить, что корзины сцепления могут быть разными по типу. Среди основных видов можно выделить вытяжной и нажимной тип. При этом принцип их работы несколько отличается.

Как правило, из всех типов выжимных корзин именно корзина с нажимным принципом используется в устройстве сцепления чаще всего. Главной особенностью является то, что когда сцепление включено, лепестки корзины перемещаются ближе к маховику. Конструкция проста, проверена и надежна.

Если же на машине стоит корзина с вытяжным принципом работы, тогда лепестки перемещаются от маховика. Второй тип корзин имеет меньшие размеры, часто устанавливается для того, чтобы экономить место в подкапотном пространстве.

Также есть и корзины, конструкция которых отличается от стандартной. Обычно такие корзины нужны для мощных форсированных ДВС и имеют усиленную диафрагму, что позволяет в значительной степени увеличить силу прижима (до 1.5 раз и более по сравнению со стандартом).

Для этого корзину и отдельные элементы изготавливают из прочных сплавов, а также сама геометрия пружины усложняется. Обычно подобный тип корзин встречается на суперкарах, спорткарах и автомобилях, которые не являются серийными.

Фрикционная муфта — сцепление

После включения фрикционной муфты сцепления начинается совместный разгон ведущей и ведомой системы до появления в цилиндрах дизеля нормальных вспышек, способных завести двигатель. После запуска двигателя МСХ автоматически разъединяет ведущую ( от пускового двигателя до МСХ) и ведомую ( от МСХ до рабочего органа) системы.  

При работе фрикционной муфты сцепления в масляной ванне к трущимся поверхностям постоянно подается под давлением масло.  

На тракторах применяются фрикционные муфты сцепления, в которых для передачи крутящего момента используются силы трения. Каждая муфта сцепления состоит из ведущей и ведомой частей, нажимного устройства и механизма управления. Ведущая часть муфты соединена с коленчатым валом двигателя и вращается вместе с ним, а ведомая часть связана с валом силовой передачи. Механизм управления воздействует на нажимное устройство, которое сводит и с определенным усилием прижимает ведомую часть муфты к ведущей. Возникающие при этом силы трения передают крутящий момент. Когда при перегрузке двигателя резко возрастает крутящий момент, ведущие и ведомые части муфты пробуксовывают относительно друг друга, благодаря чему устраняется передача повышенного момента и предупреждаются возможные поломки деталей трансмиссии.  

На тракторах применяют преимущественно фрикционные муфты сцепления.  

Хотя принцип действия фрикционных муфт сцепления остается одним и тем же, однако их конструкция весьма разнообразна. Муфты сцепления классифицируют по ряду признаков.  

В непланетарных коробках передач фрикционные муфты сцепления имеют вращающиеся гидравлические бустеры, осуществляющие включение муфты.  

Передаточный механизм состоит из фрикционной муфты сцепления, муфты свободного хода и механизма выключения.  

В состав трансмиссии входят: однодисковая фрикционная муфта сцепления; коробка перемены передач, обеспечивающая три скорости вращения в одном направлении и три — в противоположном; цилиндро-конический редуктор, установленный под углом 18 к горизонту; карданные валы и цепная передача. На главный вал коробки передач насажен шкив клиноременной передачи для привода центробежного водяного насоса.  

Изнашивание ведомых и ведущих элементов фрикционной муфты сцепления происходит в период выключения-включения и возможного пробуксовывания муфты в полностью включенном состоянии. Из-за различия в механических свойствах интенсивности изнашивания ведущих элементов ( обычно металлических) и ведомых ( комбинированных с фрикционными пластмассовыми или композитными накладками) значительно ( на несколько порядков) отличаются. Это объясняется тем, что микронеровпо-сти поверхности металлического ведущего элемента муфты сцепления вызывают при скольжении в поверхностных слоях накладки пластические деформации, а в них возникают упругие деформации. Согласно теории усталостного изнашивания интенсивность изнашивания существенно зависит от напряженного состояния в зонах фактического касания мпкронеровностен взаимодействующих тел и при пластических деформациях на несколько порядков выше, чем при упругих деформациях.  

Рабочий орган приводится во вращение через фрикционную муфту сцепления, которая позволяет в момент перехода через муфты и накладки отключать рабочий орган. Она проворачивается при перегрузках в случае встречи резцов с препятствием ( шов), в какой-то степени смягчая удары, в результате чего резцы и зубчатая передача предохраняются от поломок.  

Дисковые тормозы используются в прессах с фрикционными муфтами сцепления. В этих тормозах сила нажатия на диски осуществляется пружинами.  

Во всех приводах пуск насоса осуществляется фрикционной муфтой сцепления приводного двигателя.  

Как это работает

Напоследок немного разберем основные моменты функционирования сцепления.

Выглядит это примерно так:

• при отпущенном водителем сцеплении его ведомый вал находится в зажатом состоянии между маховиком системы и самим нажимным сцепным диском;
• нажимая на газ, образуется сила трения, из-за чего возникает тот самый крутящий момент (машина набирает скорость);
• выжимая сцепление, элементы системы начинают взаимодействовать;
• освобождается от ранее имеющегося прижимного усилия ведомых вал;
• в этом процессе большую роль играет тросик;
• на выжимной сцепной подшипник начинает воздействовать так называемая вилка, отвечающая за отключение;
• в итоге подшипник совершает движения к маховику, следуя вдоль сцепного вала;
• затем подшипник начинает давить на пластинки, имеющиеся у нажимной пружинки;
• если лепестки пружинки начинают выгибаться в сторону маховика, пружинка отгибает его наружный край;
• тем самым маховик освобождается;
• параллельно пружинки начинают постепенно отпускать сцепной нажимной диск;
• крутящий момент не передается от двигателя на коробку передач;
• отпустив педаль сцепления, машина вновь может набирать скорость, то есть восстанавливается взаимодействие КПП и двигателя.

Не обязательно вникать в сложную суть работы механизмов и взаимодействия всех систем. Но вы должны ознакомиться с устройством сцепления, двигателя, коробки передач и пр. Это позволит понимать, какие неисправности могут происходить, а также где искать причину поломки.

Не так давно мы с вами разбирали секвентальную и вариаторную коробку передач. Полезные устройства, довольно часто применяемые на автомобилях.

Только пусть вас не вводит в заблуждение факт отсутствия на некоторых машинах педалей сцепления. В действительности сама система присутствует на машине, но для ее работы участие водителя не требуется, как на автомобилях с механикой.

На этом у меня все. Можете также посмотреть полезное видео и узнать дополнительные сведения о сцеплении.

Watch this video on YouTube

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.

Назначение и устройство сцепления

Сцепление служит для кратковременного разъединения двигателя от трансмиссии и плавного их соединения при трогании с места, а также при переключении передач. Сцепление состоит из привода и механизма сцепления.

Устройство сцепления автомобиля

Схема гидравлического привода выключения сцепления и механизма сцепления:

1. коленчатый вал;
2. маховик;
3. ведомый диск;
4. нажимной диск;
5. кожух сцепления;
6. нажимные пружины;
7. отжимные рычаги;
8. нажимной подшипник;
9. вилка выключения сцепления;
10. рабочий цилиндр;
11. трубопровод;
12. главный цилиндр;
13. педаль сцепления;
14. картер сцепления;
15. шестерня первичного вала;
16. картер коробки передач;
17. первичный вал коробки передач.

Привод выключения сцепления

Привод выключения сцепления (гидравлического типа) состоит из:

• педали,
• главного цилиндра,
• рабочего цилиндра,
• вилки выключения сцепления,
• нажимного подшипника,
• трубопроводов.

При нажатии на педаль сцепления, усилие ноги водителя, через шток и поршень, передается жидкости, которая, в свою очередь, передает давление от поршня главного цилиндра на поршень рабочего. Далее шток рабочего цилиндра перемещает
вилку выключения сцепления и нажимной подшипник, который и передает усилие на механизм сцепления. Когда же водитель отпустит педаль, то под воздействием возвратных пружин все детали привода займут исходные позиции.

Механизм сцепления

Механизм сцепления представляет собой устройство, в котором происходит передача крутящего момента за счет работы сил трения. Именно механизм сцепления позволяет кратковременно разъединять двигатель и коробку передач, а затем вновь
плавно их соединять.

Кроме того, сцепление предохраняет детали трансмиссии от перегрузок. При неравномерном вращении коленчатого вала двигателя в трансмиссии возникают колебания. Для их гашения в сцеплении имеется гаситель колебаний или демпфер. Элементы механизма заключены в картер сцепления, который крепится к картеру двигателя.

Детали механизма сцепления

Механизм сцепления состоит из:

• картера и кожуха,
• ведущего диска (которым является маховик коленчатого вала двигателя),
• нажимного диска с пружинами,
• ведомого диска со специальными износостойкими накладками и гасителем колебаний.

Ведомый диск, связанный с первичным валом коробки передач, постоянно прижат к маховику нажимным диском под воздействием очень сильных пружин. За счет огромных сил трения между маховиком, ведомым и нажимным дисками, все это вместе, как единое целое, вращается при работе двигателя. Но это только тогда, когда водитель не трогает педаль сцепления, независимо от того едет ли или стоит на месте его автомобиль.

А для начала движения машины, необходимо прижать ведомый диск, связанный с ведущими колесами (через первичный вал коробки передач и другие составляющие трансмиссии), к вращающемуся маховику, то есть – включить сцепление.

Схема работы сцепления

Как правильно включать сцепление? Вначале приотпускаем педаль, то есть даем возможность пружинам нажимного диска подвести ведомый диск к маховику до их легкого соприкосновения. За счет сил трения диск, проскальзывая некоторое
время относительно маховика, тоже начнет вращаться, а ваш автомобиль потихоньку двигаться. Затем на две – три секунды удерживаем педаль сцепления в средней позиции для того, чтобы скорость вращения маховика и диска уравнялись.

Машина при этом немного увеличивает скорость движения. И, наконец, когда маховик вместе с нажимным и ведомым дисками уже вращаются вместе без проскальзывания с одинаковой скоростью, 100%-но передавая крутящий момент к коробке передач
и далее на ведущие колеса автомобиля, остается только полностью отпустить педаль сцепления и убрать с нее ногу.

Если при начале движения педаль сцепления резко бросить, то автомобиль «прыгнет» вперед, а двигатель заглохнет. В худшем же варианте, что-нибудь еще и сломается, так как в этот момент возникает сильная ударная волна, которая многократно увеличивает нагрузки на все детали двигателя и агрегаты трансмиссии.

Для выключения сцепления водитель нажимает на педаль, при этом нажимной диск отходит от маховика и освобождает ведомый диск, прерывая передачу крутящего момента от двигателя к коробке передач. Нажимать на педаль сцепления следует достаточно быстрым, но не резким, спокойным движением до конца хода педали.

Основные неисправности

Конструкция сцепления не включает значительное количество составляющий, поэтому и ломается оно не так часто. И все же в сцеплении тоже бывают неисправности.

Видео: Как определить износ корзины и маховика

Поскольку самое большое распространение на легковых авто получило однодисковое сухое сцепление, то рассмотрим самые частые неисправности, которые случаются с ним:

1. Пробуксовка сцепления. Обычно возникает такая неисправность из-за неправильной регулировки привода. Из-за поджатия выжимного подшипника, он не позволяет ведущему диску полностью прижать ведомый диск к маховику, в результате чего появляется проскальзывание. Сопровождается такая неисправность характерным запахом жженных фрикционов в салоне, затрудненностью переключения передач. Сильный износ фрикционов, или их повреждение тоже может сопровождаться такими симптомами;
2. Сцепление «ведет». Данная проблема тоже возникает из-за неправильной регулировки. В данном случае выжимной подшипник не способен полностью отжать ведущий диск из-за увеличенного зазора между подшипником и вилкой. Верный признак того, что сцепление «ведет» — это продолжение движения авто после полной остановки и выжима сцепления при включенной 1-й передаче;
3. Гул со стороны картера сцепления. Повышенный шум в данном узле может создавать только один элемент – выжимной подшипник. Шуметь он может либо в результате пробуксовки, либо же из-за чрезмерного износа;

Бывают и другие неисправности, но они встречаются гораздо реже, чем описанные выше. Так, проблемы со сцеплением могут возникнуть из-за разрушения диафрагмы или пружин выжимных рычагов, значительного износа демпферных пружин и т. д.

Напоследок хочется отметить, что особо сложного обслуживания сцепление не требует. Достаточно периодически регулировать свободный ход привода, а также соблюдать рекомендации по аккуратному вождению.

Механизмы сцепления в «молодые годы» мирового машиностроения

Изобретение механизма сцепления приписывается Карлу Бенцу. Так это или не так, достоверно установить невозможно: производством и совершенствованием первых автомобилей в XIX веке одновременно занималось сразу несколько компаний, и все они шли по своему развитию, что называется, «ноздря в ноздрю».
Старейшим видом сцепления, широко распространённого на большинстве автомобилей конца XIX – начала XX века, было сцепление конического типа. Его фрикционные поверхности имели коническую форму. Такое сцепление передавало бо́льший крутящий момент, при тех же габаритах, по сравнению с нынешним однодисковым, было предельно простым по своему устройству и в уходе за ним.

Комфортабельный «Мерседес Бенц НР-50» – автомобиль с конической фрикционной муфтой.

Однако тяжёлый конический диск такого типа сцепления обладал большой инерцией, и при переключении передач после выжима педали ещё продолжал вращаться на холостом ходу, из-за чего включение передачи было затруднённой операцией. Для торможения диска сцепления применили специальный агрегат – тормоз сцепления, однако его использование было лишь половиной решения проблемы, как и замена одного конуса двумя менее массивными. В итоге, уже в 1920-х годах от такой тяжёлой и громоздкой (к кому же требующей значительных мускульных усилий в использовании) конструкции, как коническое сцепление, полностью отказались. Также существовало сцепление с обратным конусом, работавшее на разжимание.

Однако сам принцип данного механизма нашёл новое воплощение в конструкции современных коробок переключения передач с синхронизаторами. Синхронизаторы коробки передач, по сути, и представляют собою маленькие конические сцепления, которые работают за счёт трения бронзы (или другого металла с высоким коэффициентом трения) по стали.

Причины неисправности сцепления

Причины неисправности сцепления можно разделить на несколько категорий:

1. Износ пар трения в механизме сцепления.

Чаще всего изнашивается ведомый диск сцепления. Чуть реже изнашивается нажимной диск, который не может принимать крутящий момент от ведомого диска. Совсем редко изнашивается маховик двигателя.

Чаще всего износ пар трения в сцеплении вызван естественным износом в процессе эксплуатации автомобиля. В этом случае поможет только замена изношенных частей сцепления.

Чуть реже износ возникает из-за того, что пары трения не плотно прилегают друг к другу и из-за этого проскальзывают относительно друг друга во время движения автомобиля. Причиной этого может служить изношенная диафрагменная пружина, которая не создает достаточного усилия прижатия. В этом случае требуется замена корзины сцепления.

Также, причиной не плотного прилегания пар трения друг к другу может служить заклинивший выжимной подшипник, который не дает нажимному диску возвращаться в исходное положение. В этом случае требуется замена выжимного подшипника.

Рекомендуем: Система охлаждения автомобиля: назначение, виды, описание, фото, устройство

Совсем редко встречается ситуация, когда рабочий (или главный) цилиндры сцепления заклинивают и также не дают нажимному подшипнику возвращаться в исходное положение. В этом случае требуется замена главного (или рабочего) цилиндра сцепления.

При этой неисправности наблюдается проскальзывание сцепления, появляется неприятный запах жженных тормозных колодок. Автомобилю срочно требуется диагностика и ремонт.

1. Не герметичность системы привода сцепления.

На всех современных автомобилях усилие от нажатия на педаль сцепления передается к выжимному подшипнику при помощи гидравлической системы. В случае не герметичности гидравлической системы на выжимном подшипнике не создается достаточного усилия, чтобы нажать на диафрагменную пружину. В этом случае не происходит разъединения пар трения в сцеплении. Таким образом, первичный вал КПП все еще принимает крутящий момент от двигателя. В этом случае затруднено или невозможно переключение передач КПП. При попытке переключения передачи возможен треск и скрежет шестерен КПП.

При этой неисправности требуется диагностика гидравлической системы, восстановление ее герметичности или замена изношенных узлов – главный или рабочий цилиндр сцепления.

1. Не плавная работа педалью сцепления.

В том случае, когда вы не плавно отпускаете педаль сцепления, происходит слишком резкое соединение ведомого диска, нажимного диска и маховика. Из-за этого на ведомом диске сцепления возникают ударные нагрузки. Ведомый диск сцепления сам по себе достаточно хрупкий, и плохо переносит удары. От ударных нагрузок он начинает трескаться, а после и вовсе рассыпаться. Работайте педалью сцепления правильно, и вы обезопасите себя от этой неприятности.