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.

Устройство сцепления автомобиля, обслуживание

Сцепление необходимо для кратковременного разъединения мотора от трансмиссии и аккуратно их соединения при трогании автомобиля с места, а также в том случае, когда вы переключаете передачи. Сцепление состоит из механизма сцепления и привода. В статье «Устройство сцепления автомобиля (обслуживание)» мы расскажем вам, как работает сцепление на автомобиле, основные его проблемы и методы их решения.

Гидравлический привод выключения сцепления и механизм сцепления состоит из следующих элементов:

• первичный вал коробки передач;
• шестерня первичного вала;
• картер сцепления;
• педаль сцепления;
• главный цилиндр;
• трубопровод;
• рабочий цилиндр;
• вилка выключения сцепления;
• нажимной подшипник;
• отжимные рычаги;
• нажимные пружины;
• кожух сцепления;
• нажимной диск;
• ведомый диск;
• маховик;
• картер коробки передач;
• коленчатый вал.

Привод (гидравлического типа) выключения сцепления состоит из:

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

Когда вы нажимаете на педаль сцепления, ножное усилие водителя, через поршень и шток, передается жидкости, в свою очередь, передающей давление от поршня главного на поршень рабочего цилиндра. После чего шток рабочего цилиндра перемещает нажимной подшипник и вилку выключения сцепления, которая и передает усилие на сам механизм сцепления. Когда же автолюбитель отпустит педаль, то из-за воздействия возвратных пружин все детали вернутся в исходные позиции.

Механизм сцепления

Механизм сцепления – это устройство, в котором передается крутящий момент за счет работы сил трения. Именно механизм сцепления может позволить кратковременно разъединять коробку передач и мотор, а позже опять плавно их соединять. Помимо того, сцепление предохраняет механизмы трансмиссии от перегрузок. Если коленвал двигателя неравномерно вращается, в трансмиссии возникают колебания. Чтобы их погасить в сцеплении имеется демпфер или гаситель колебаний. Элементы механизма всегда заключены в картер сцепления, который прикреплен к картеру двигателя.

Сам механизм сцепления состоит из таких элементов:

• ведомый диск с гасителем колебаний и специальными износостойкими накладками.
• нажимной диск с пружинами,
• ведущий диск (которым является маховик коленвала мотора),
• кожух и картер.

Ведомый диск, постоянно связан с первичным валом КПП, и все время под воздействием сильных пружин прижат к маховику нажимным диском. Из-за больших сил трения между маховиком, нажимным и ведомым дисками все это как единое целое вращается при работе мотора. Однако так происходит и тогда, когда вы не трогаете педаль сцепления, в независимости от того стоит на месте или едет ваш автомобиль.

А для начала движения автомобиля, надо прижать ведомый диск, который связан с ведущими колесами (посредством первичного вала коробки передач и других составляющих трансмиссии), к маховику, который вращается, другими словами — включить сцепление.

Как правильно выжимать сцепление?

Для начала приотпускаем педаль, тем самым даем возможность пружинам нажимного диска подтянуть ведомый диск к маховику, пока они слегка не соприкоснуться. Из–за сил трения диск, некоторое время, проскальзывая относительно маховика, также начнет свое вращение, а ваша машина потихоньку двигаться. Затем на пару секунд удерживаем педаль сцепления где-то посередине для того, чтобы скорости вращения диска и маховика уравнялись. Автомобиль при этом немного увеличивает скорость своего движения. И, наконец, когда маховик вместе с ведомым и нажимным дисками уже вращаются вместе без каких-либо проскальзываний на одинаковой скорости, в полной мере отдавая крутящий момент к коробке передач, а затем на ведущие колеса машины, остается только убрать ногу с педали сцепления и затем полностью отпустить ее. Если в начале пути педаль сцепления резко бросить, то машина «прыгнет» вперед, а мотор заглохнет. В худшем варианте, сломается что-нибудь еще, так как в подобный момент может возникнуть сильная ударная волна, многократно увеличивающая нагрузки на все агрегаты трансмиссии и механизмы мотора.

Чтобы выключить сцепление водитель нажимает на педаль, при этом нажимной диск, отходя от маховика, освобождает ведомый диск, прерывая этим передачу крутящего момента от мотора к коробке передач. Нажатие на педаль сцепления должно быть достаточно быстрым, однако, не резким – спокойное движение до предела хода педали.

Основные поломки сцепления.

Сцепление выключается не полностью («ведет») из-за перекоса нажимного подшипника, большого свободного хода педали сцепления, поломки пружин или коробления ведомого диска. Для того чтобы устранить неисправность следует отрегулировать ход педали, заменить неработоспособные пружины и диски и удалить воздух из гидропривода.

Сцепление включается не полностью («пробуксовывает») из-за небольшого свободного хода педали, поломки пружин, износа или замасливания фрикционных накладок ведомого диска. Чтобы устранить неисправность надо отрегулировать ход педали, поменять или промыть пружины, диски.

Сцепление включается очень резко из-за задиров на поверхностях рабочих дисков, маховика, заеданий в механизме привода, повреждая фрикционные накладки ведомого диска.

Чтобы устранить неисправность следует заменить ведомый диск, устранить задиры на поверхностях дисков, заменить неисправные узлы привода.

Может подтекать тормозная жидкость в приводе выключения сцепления из рабочего или главного цилиндров, а также из соединительных труб.

Чтобы устранить неисправность следует визуально найти место утечки и заменить дефектные узлы, с последующим удалением из него воздуха (прокачкой всего гидропривода).

Как эксплуатировать сцепление.

При эксплуатации машины надо периодически проверять уровень в бочонке, который питает жидкостью гидравлический привод механизма сцепления. В случае обнаружения уровня меньше нормы, его обязательно следует исправить, долив тормозную жидкость. В плохом случае, если уровень снизится до нуля, ваше усилие на педали сцепления не будет ни куда передаваться.

Неправильная регулировка сцепления или сниженный уровень жидкости может привести к тому, что передачи на вашей машине будут включаться с большим усилием или вообще не будут включаться. И если, при нажатой педали сцепления до конца, вам все-таки удастся «выжать» первую передачу, то машина самопроизвольно начнет медленно катиться, хотя в данный момент мотор еще должен быть отделен от оси колес. Как это может случиться и почему автомобиль едет? Такая неприятность называется — ведет сцепление. Суть этого заключается в следующем. Во время, когда ведомый диск сцепления вроде как не имеет контакт с маховиком, он таки за него чуть-чуть цепляется, и поэтому некоторая часть крутящего момента будет передана на вал коробки передач и затем на ведущие колеса.

Со сцеплением случается и неприятности другого рода. В результате того, что при отпускании педали сцепления, мы принуждаем обе поверхности диска (ведомого) сильно тереться о железный нажимной диск и маховик, боковые поверхности диска со временем будут изношены. Это процесс нормальный, он предусмотрен конструкцией машины, поэтому ведомый диск — это расходный материал. Но наступает момент, когда и педаль сцепления наверху и первая передача включена, и «газуете» вы изрядно. Однако износ накладок на ведомом диске уже на таком уровне, что теперь он не зажимается между нажимным диском и маховиком с нужным усилием, и, прокручиваясь, при этом не передает крутящий момент от мотора к трансмиссии. Такое явление специалисты называют – пробуксовыванием сцепления.

Естественно, здесь описан пример совсем уж слепого и глухого водителя, потому что автомобиль намного раньше «предупреждал» его о том, что подобный случай может произойти. Раньше, на подходе к предельному износу, ведомый диск должен был пробуксовывать, вначале на четвертой передаче, затем на третьей передаче и т.д. Начало предельного износа легко определяется, двигаясь на четвертой передаче при скорости 45 – 50 км/ч. Если при сильном нажатии на педаль газа обороты мотора начинают повышаться, а авто продолжает двигаться с постоянной скоростью, то в подтверждение догадкам вы еще и унюхаете запах «подгорающих» накладок на диске. Следовательно, пора его заменять.

Если вы слышите «шелест» в районе сцепления или при полном нажатии оно пропадает, то стоить задуматься о замене выжимного подшипника в устройстве сцепления автомобиля. Обслуживание, машины дело не такое простое, ускорения и резкие старты машины, все это первые признаки того, что пора провести контрольный осмотр всех механизмов.