Устройство автомобиля: принципы работы сцепления

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:

– 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.

Устройство автомобиля: принципы работы сцепления

Расположение сцепления в автомобиле

Если Вы водите автомобиль с механической коробкой, то, вероятно, Вы будете удивлены, узнав, что в машине несколько сцеплений. И в машинах с АКПП также есть сцепления. На самом деле, сцепления используются во многих знакомых нам устройствах. В беспроводных дрелях есть сцепление, в бензопилах установлено центробежное сцепление, даже в некоторых игрушках йо-йо есть сцепление.

В этой статье мы расскажем о том, зачем нужно сцепление, как оно работает в автомобиле, а также о том, где еще используется сцепление.

Сцепление — довольно полезное устройство с двумя вращающимися валами. Один из валов обычно приводится в действие двигателем или шкивом, а второй приводит в действие другой механизм. В дрелях, например, первый вал приводится в движение электродвигателем, а второй вращает патрон. Задача сцепления — соединять эти два вала, чтобы они вращались с одной скоростью, и разъединять, чтобы они вращались с разной скоростью.

В автомобиле сцепление необходимо, т.к. двигатель вращается постоянно, а колеса — нет. Для того чтобы при каждой остановке не приходилось глушить двигатель, необходимо каким-то образом разъединять колеса и двигатель. Сцепление позволяет мягко соединить вращающийся двигатель и неподвижную трансмиссию, плавно «притирая» валы.

Для того чтобы понять, как работает сцепление, необходимо знать, что такое сила трения, которая определяет, насколько тяжело обеспечить скольжение одного объекта по другому. На любой поверхности есть неровности, даже на самой гладкой можно разглядеть микроскопические неровности, которые обуславливают коэффициент трения. Чем сильнее неровности, тем труднее одному объекту скользить по другому.

Сцепление работает благодаря трению диска сцепления и нажимного диска. Далее мы подробно рассмотрим устройство сцепления.

Нажимной диск, диск сцепления и сила трения

В автомобильном сцеплении нажимной диск соединен с двигателем, а диск сцепления — с трансмиссией.

Когда вы отпускаете педаль сцепления, пружины прижимают нажимной диск к диску сцепления. Таким образом, соединяются двигатель и ведущий вал трансмиссии, и они вращаются с одинаковой скоростью.

Сила, которую может удержать сцепление, зависит от трения между нажимным диском и диском сцепления, а также от силы нажатия пружин на нажимной диск.

Как работает сцепление

Когда Вы выжимаете педаль сцепления, трос или гидравлический поршень толкают вилку, которая двигает выжимной подшипник к диафрагменной пружине. Лепестки диафрагменной пружины прогибаются, а наружный край пружина отходит от нажимного диска, освобождая его. Передача крутящего момента от двигателя на трансмиссию прерывается.

Диск сцепления

Обратите внимание на пружины, расположенные на диске сцепления. Эти пружины предназначены для того чтобы поглощать трансмиссионные удары, возникающие, если резко бросить сцепление.

Такая конструкция работает стабильно, однако могут возникнуть некоторые проблемы. Далее мы расскажем о проблемах, связанных со сцеплением.

Распространенные проблемы сцепления

В 1950-е — 1970-е гг. приходилось менять сцепление каждые 80 000 — 100 000 км. Ресурс современных сцеплений составляет более 130 000 км при правильной эксплуатации и обслуживании. В противном случае, сцепление может выйти из строя на 55 000 км. У перегруженных грузовиков и буксирующих тяжелые грузы тягачей могут возникнуть проблемы даже с новым сцеплением.

Основная проблема заключается в износе фрикционного материала диска. Фрикционный материал на диске сцепления схож с фрикционным материалом тормозных колодок — со временем он стирается. При износе большей части фрикционного материала диск начинает проскальзывать, и сцепление не передает мощность от двигателя на колеса.

Износ сцепления происходит только при вращении дисков с разной скоростью. Когда диски прижаты друг к другу, фрикционный материал удерживает диски, и они вращаются с одинаковой скоростью. Износ происходит, если диск сцепления проскальзывает по нажимному диску. Но если Вы водите с частым просказыванием сцепления, износ проходит намного быстрее.

• Трос сцепления растянут или поврежден — Для эффективной работы кабеля требуется достаточное натяжение.
• Протекание или износ главного/рабочего цилиндра сцепления — Протечка не позволяет обеспечить достаточное давление.
• Воздух в гидравлическом трубопроводе — Воздух влияет на работу гидравлики, т.к. занимает пространство и не позволяет обеспечить достаточное давление.
• Неправильно установленный рычаг педали сцепления — Передает слабое усилие на трос или главный цилиндр гидравлической системы.
• Несовместимость деталей сцепления — Не все детали, представленные на послегарантийном рынке, подходят для Вашего автомобиля.

Проверка сцепления

1. Заведите двигатель, поставьте автомобиль на ручной тормоз и переключитесь на нейтраль.
2. Прислушайтесь, есть ли гул при работе двигателя на холостом ходу и не нажатой педали сцепления. Если Вы слышите шум, то, скорее всего, проблема связана с трансмиссией. Если шума нет, переходите к следующему пункту.
3. На нейтральной передаче начинайте выжимать сцепления и прислушивайтесь. Если Вы слышите скрежет, то, скорее всего, проблема в выжимном подшипнике или в вилке. Если шума нет, переходите к следующему пункту.
4. Выжмите сцепление до конца. Если Вы слышите скрип, вероятно, неисправна втулка или управляющий подшипник.

Виды сцеплений

Компрессор автомобильного кондиционера с магнитным сцеплением

В автомобиле используются различные виды сцеплений.

Автоматическая КПП включает в себя несколько сцеплений. Эти сцепления включают и выключают планетарные передачи. Каждое сцепление приводится в действие при помощи гидравлической жидкости под давлением. При падении давления пружины разъединяют сцепление.

В автомобильном кондиционере используется электромагнитное сцепление. Оно позволяет компрессору отключаться даже при работающем двигателе. Сцепление срабатывает при прохождении электрического тока через магнитную катушку. Если подача тока прекращается (Вы выключили кондиционер), сцепление разъединяется.

Во многих автомобилях используются вентилятор охлаждения, работающий от двигателя. Такой вентилятор управляется другим типом сцепления — вязкостной муфтой. Она срабатывает в зависимости от температуры жидкости. Муфта устанавливается на ступицу вентилятора в потоке воздуха, проходящего через радиатор. Данный тип сцепления схож с вискомуфтой, которая используется во вседорожных автомобилях. При нагревании вязкость жидкости в муфте повышается, что приводит к повышению скорости вращения вентилятора для соответствия скорости вращения двигателя. В холодном автомобиле жидкость в муфте не нагревается, и вентилятор вращается медленно, что позволяет двигателю быстрее нагреться до рабочей температуры.

Во многих автомобилях установлены самоблокирующиеся дифференциалы или вискомуфты, которые используются для повышения сцепления с дорогой. При повороте одно колесо вращается быстрее другого, что затрудняет управление. Самоблокирующийся дифференциал срабатывает при помощи сцепления. Если одно колесо начинает вращаться быстрее других, активируется сцепление для замедления вращения. Езда по лужам и по льду может привести к пробуксовке.

В бензопилах используются центробежные сцепления для остановки цепи без необходимости глушить двигатель. Такие сцепления срабатывают автоматически посредством центробежной силы. Входной барабан соединен с коленвалом двигателя. Выходной барабан приводит в действие цепь. При повышении оборотов двигателя, фрикционные сегменты прижимаются к внутренней поверхности барабана. Центробежные сцепления также используются в газонокосилках, картах и мопедах. Сцепление есть даже в некоторых игрушках йо-йо.

Как работает сцепление в автомобиле?

Сцепление — это механизм, соединяющий трансмиссию автомобиля с его двигателем. Принцип работы сцепления в механической коробке передач не сложен, но в автоматических коробках этот узел работает в автономном режиме, без участия водителя.

Зачем нужно сцепление?

Все виды двигателей внутреннего сгорания выдают крутящий момент в ограниченном диапазоне оборотов. Чтобы менять скорость вращения ведущих колес, ДВС должен дополнительно оборудоваться трансмиссией. Она позволяет двигателю работать в оптимальном диапазоне оборотов, изменяя при этом скорость вращения за счет переключения передач.

Но переключение передачи – технически сложный процесс, поскольку для этого требуется временное прекращения подачи крутящего момента с двигателя на трансмиссию. Но тогда, чтобы плавно переключить скорость, потребуется выключать двигатель. Назначение сцепления – прерывание сообщения между коробкой передач и двигателем при его работе. То есть, этот узел прекращает передачу крутящего момента с двигателя на коробку передач при непрерывно работающем моторе.

Конструкция и принцип работы сцепления

Основная часть сцепления — это диск, который с обеих сторон покрыт фрикционным материалом с повышенным коэффициентом трения. Его устанавливают на маховике, и когда на диск действует внешнее усилие, он вращается вместе с маховиком.

К диску сцепления подключается ведущий вал трансмиссии, через который на коробку передач передается крутящий момент. Привод сцепления, состоящий из корзины, нажимного диска и кожуха, и создает это прижимное внешнее усилие. При этом кожух, с которым монтируется корзина сцепления, должен быть прочно прикреплен к маховику, прижимая к диску сцепления нажимной диск. В этом положении крутящий момент от двигателя полностью передается на коробку передач.

Чтобы разомкнуть механизм сцепления или, как его еще называют муфту сцепления, и прекратить подачу крутящего момента на трансмиссию, применяется специальная диафрагменная пружина. Ее контур всегда остается неподвижным, а лепестки в середине подпуржинены. Она расположена между нажимным диском и кожухом. Если на внутреннюю часть пружины нажать, то она отведет ведомый диск сцепления от основного диска. Соответственно, подача крутящего момента приостановится. Этот процесс происходит при нажатии водителем педали сцепления. В момент, когда механическая схема сцепления разомкнута, можно переключать передачу. После того как переключение состоялось, педаль отпускается, работа сцепления возобновляется и крутящий момент снова передается на трансмиссию.

В диске сцепления расположено несколько демпферных пружин, предназначенных для выравнивания колебаний и порождаемых ими вибраций, источником которых является работающий двигатель. При этом устройство ведомого диска сцепления таково, что его ступица не жестко крепится на основном диске. То есть крутящий момент передается на диск сцепления, потом на пружины и только после этого на ступицу ведомого диска. Таким образом практически полностью гасятся крутящие колебания, создаваемые двигателем, обеспечивая большую плавность хода.

При нажатии на педаль сцепления усилие передается через главный и рабочий цилиндр, после чего специальная вилка рассоединяет диск и маховик. Главный и рабочий цилиндр сцепления состоят из корпуса, в котором размещаются толкатель и поршень, они заполнены жидкостью, которая по своим свойствам напоминает тормозную. При нажатии педали жидкость под давлением поступает в главный цилиндр, который передает давление в рабочий, где производится воздействие на вилку, разводящую муфту. После отпускания педали, жидкость через клапан опять возвращается в главный цилиндр, и диск соединяется с маховиком. Такая система позволяет уменьшить усилие, прикладываемое к педали за счет разности объема цилиндров.

Правильная работа со сцеплением

Подача команд на подведение и разведения диска сцепления и маховика подается водителем путем нажатия на соответствующую педаль, которая находится под левой ногой. Принцип работы педали сцепления состоит в том, что через систему механических приводов она отводит диск от маховика. При ее отпускании диск опять соприкасается с маховиком, передавая крутящий момент на трансмиссию.

К первичному валу трансмиссии присоединяется сложный механический агрегат – коробка передач. Она тоже не может работать без сцепления, поскольку делать переключения без ее временного отключения от двигателя очень сложно, а для новичков данная задача вообще неразрешима.

Крутящий момент передается на шестерни первичного вала, который при нажатии на педаль сцепления останавливается. В нейтральном положении коробки передач это не имеет значения, поскольку даже при двигающемся первичном валу он не входит в зацепление со вторичным валом.

Для передачи крутящего момента на вторичный вал водитель выжимает сцепление, чтобы первичный вал остановился. Затем он рычагом включает нужную передачу, соединяя шестерни валов, после отпускания педали крутящий момент передается с первичного вала на вторичный.

При управлении автомобилем требуется знать некоторые моменты, которые позволят избежать распространенных ошибок:

1. Устройство и работа сцепления при нажатии на педаль приводят к тому, что крутящий момент перестает передаваться на ведущие колеса и автомобиль, проехав некоторое время по инерции остановится, а двигатель будет работать и никогда не заглохнет.
2. Если в коробке передач включена нейтральная передача, автомобиль не будет двигаться, двигатель при этом тоже не заглохнет.

Педаль сцепления имеет три условных положения, в которых и происходят основные фазы работы системы:

• верхнее положение при не нажатой педали;
• среднее или рабочее положение. На разных автомобилях это положение может находиться выше или ниже от пола, поэтому при пересадке на новый автомобиль его нужно найти;
• нижнее положение при полностью выжатой педали.

Именно в среднем положении происходит соприкосновение диска с маховиком, во избежание излишнего износа деталей, соединять их нужно очень плавно. Главная ошибка новичков, знающих, что сцепление нужно отпускать постепенно: после достижения зацепления диска и маховика они резко бросают педаль, машина несколько раз дергается и глохнет.

Чтобы правильно тронуться, нужно выжать педаль сцепления, включить первую передачу, быстро отпустить педаль до среднего положения и в нем педаль задерживается приблизительно на три секунды. После того как машина проехала около одного метра, педаль полностью отпускается.

При переходе на повышенную передачу сцепление нужно отпускать быстро, причем, чем передача выше, тем быстрее отпускается педаль. Все эти навыки достигаются постепенно в результате многократных тренировок.

Видео:Как работает сцепление?

Начало движения автомобиля на подъеме

Многие водители-новички испытывают серьезные трудности при старте автомобиля на подъеме. Но, зная принцип работы сцепления механической коробки и последовательность действий, они будут делать это намного увереннее. Данную последовательность действий можно использовать, когда в машине плохо работает ручной тормоз:

• изначально выжимаются педали сцепления и тормоза при работающем на холостых оборотах двигателе;
• педаль сцепления медленно и плавно отпускается до тех пор, пока не почувствуется зацеп диска сцепления и трансмиссии, в этот момент автомобиль начинает подрагивать;
• снимается нога с педали тормоза, при этом автомобиль не покатится назад, поскольку сцепление действует, как тормоз;
• нажимается педаль газа, и автомобиль начинает катиться вперед.

Почему частично отпущенное сцепление заменяется собой педаль тормоза? Данный эффект – результат уловленного силового баланса между силой гравитационного притяжения и статической силы трения колес. Их неподвижность обеспечивается балансом силы двигателя, который толкает автомобили вперед и той же силой трения покоя. Но такая работа со сцеплением при остановках повышает износ фрикционного материала диска сцепления.

Заключение

Устройство муфты сцепления и системы переключения передач в любом автомобиле сложное, несмотря на простоту работы. Поэтому, чтобы избежать поломок, нужно знать принципы их правильной эксплуатации. В этом случае узел прослужит долго, позволяя избежать дорогостоящего ремонта, который потребует специальных навыков и оборудования.

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

Источник https://exist.ru/Document/Articles/2337

Источник https://avtocity365.ru/ustrojstvo-i-ekspluatatsiya-avtomobilya/kak-rabotaet-stseplenie-v-avtomobile/