Принципы работы сцепления

Расположенное между двигателем и коробкой передач автомобиля, сцепление является неотъемлемой частью коробки передач, обеспечивая плавное переключение передач, контроль крутящего момента и кратковременное разъединение маховика и коробки передач.

Принцип работы сцепления основан на трении, а точнее, на проскальзывании. Система сцепления состоит из привода сцепления и прямого механизма.

В случае резкого торможения именно сцепление может спасти узел от перегрузки.

На автомобилях с механической коробкой передач приводится в действие педаль сцепления. Он используется для подключения и отключения двигателя и коробки передач. Если педаль внезапно отпустить, пружина быстро вернется в исходное положение.

Вождение автомобиля с механической коробкой передач с постоянно выжатым сцеплением приводит к перегреву и быстрому износу деталей. Работа пружинного тормоза допустима в экстремальных условиях для увеличения оборотов двигателя.

Гидромеханические коробки передач и вариаторы не имеют сцепления в стандартной комплектации. Гидромеханические трансмиссии, с другой стороны, используют фрикционные муфты для плавного переключения передач. Классическая конструкция встречается только в автоматических коробках передач, где процесс переключения передач контролируется сервоприводами (гидравлическими или электронными). Часто в коробке передач используются два сцепления для оптимизации процесса переключения передач и устранения задержки переключения — когда одно сцепление работает, другое находится в режиме ожидания для включения следующей передачи.

Устройство и составляющие сцепления

Структуру сцепления можно условно разделить на две части: механизм и привод. Структура устройства в основном состоит из:

1. Нажимной диск или корзина. Он является основой для других структурных компонентов сцепления. Он находится в непосредственном контакте с разжимными пружинами, которые направлены внутрь. Размер площадки пропорционален двум радиусам маховика двигателя внутреннего сгорания. Нажимной диск отличается шлифовкой только с одной стороны. Диск постоянно соединен с маховиком двигателя.
2. Ведомая пластина. Находится в зазоре между нажимным диском и маховиком. Непосредственно соединен с трансмиссией посредством шлицевой муфты и фрикционных шайб. Вокруг сцепления установлены демпфирующие пружины, поглощающие любые вибрации.
3. Фрикционные пластины. Расположены в основании и изготовлены из различных композитных материалов.
4. Подшипник сцепления. Визуально разделена на две части, одна из которых имеет круглое основание, действующее на пружинах корзины. Подшипник расположен на крышке вала. Существует два типа подшипников: тянущие или толкающие. Первый тип нашел применение в Peugeot. Иногда подшипник имеет несколько втягивающих пружин.
5. Привод и педаль сцепления. В автоматических коробках передач сохраняется только механизм.
   

Классификация

Сцепление классифицируется по нескольким функциональным узлам.

По связи ведущих и ведомых частей

В зависимости от контакта между пассивными и активными компонентами можно выделить следующие классификации:

1. Гидравлика. Работа происходит благодаря потоку специальной суспензии. Гидравлические сцепления используются в автоматических коробках передач.
2. Электромагнитный. В качестве привода используется электромагнитный поток. Магнитная муфта устанавливается в небольших автомобилях.
3. Фрикционные или типичные. Передача импульсов осуществляется за счет силы трения. Наиболее распространенный тип для автомобилей с механической коробкой передач.

Из-за сложности системы электромагнитные и гидравлические сцепления не нашли широкого применения.

По типу создания

В этой категории выделяют следующие типы сцепления

• центробежный;
• частично центробежные;
• с заводной пружиной;
• с окружными спиралями.

В зависимости от количества направляющих валов различают:

• однодисковые — самый распространенный тип;
• двухдисковый — устанавливается на большегрузные грузовики или автобусы;
• Многодисковые — используются в автомобилях.

По типу привода

Сцепления классифицируются по типу приведения в действие сцепления:

1. Механическая. Импульс передается при нажатии на рычаг через трос на спусковую вилку.
2. Гидравлика. К ним относятся насос сцепления и вспомогательный цилиндр, которые соединены трубкой высокого давления. При нажатии на педаль приводится в действие шток главного цилиндра, на котором установлен поршень. Он реагирует, оказывая давление на приводную жидкость и создавая давление, которое передается на главный цилиндр.

В автомобилях с автоматической коробкой передач педаль сцепления отсутствует. Однако это означает, что сцепление не приводится в действие вручную.

Существует также тип электромагнитного сцепления, но в настоящее время они редко используются в автомобилях из-за высоких эксплуатационных расходов.

Принцип работы и механизм

Вся работа сцепления основана на трении между дисками. Ведущий диск является частью двигателя внутреннего сгорания, а ведомый диск — частью коробки передач. Когда водитель отпускает педаль, пружины прижимают диски друг к другу. В конце концов, благодаря поверхностям трения диски притерлись друг к другу и продолжали вращаться с одинаковой угловой скоростью. Усилие пружинных лепестков влияет на абразивные характеристики диска.

Когда водитель выжимает сцепление, основание привода перемещает вилку, которая затем воздействует на подшипник. Последний движется как можно дальше. В этот момент пружины готовы прижать два диска друг к другу, что означает, что вилка разорвала связь между коробкой передач и маховиком двигателя. Все удары на коробку передач, когда водитель резко нажимает на педаль во время движения автомобиля, поглощаются и сглаживаются отдельным типом пружин.

Принцип работы сцепления с механическим приводом

Стоит отметить, что данное устройство имеет одинаковый принцип работы независимо от количества ведомых валов и типа создания тяги. Исключением является тип привода. Напомним, что он может быть механическим или гидравлическим. Теперь мы рассмотрим сцепление с механическим приводом.

Как это работает?

В рабочем положении, когда педаль сцепления не нажата, фрикционный диск зажат между нажимным диском и маховиком.

В этой фазе передача крутящего момента на вал происходит за счет силы трения.

Когда водитель нажимает ногой на педаль, трос сцепления перемещается в корзине. Затем рычаг поворачивается относительно монтажного положения. Затем свободный конец вилки прижимается к выжимному подшипнику.

Последний, двигаясь к маховику, оказывает давление на пластины, которые перемещают нажимной диск. В этот момент ведомый элемент освобождается от зажимного усилия, и сцепление размыкается.

Затем водитель свободно переключает передачу и начинает плавно отпускать педаль сцепления. Затем система снова соединяет диск сцепления с маховиком. Когда педаль отпускается, сцепление включается, и валы притираются. Через некоторое время (несколько секунд) устройство начинает полностью передавать крутящий момент на двигатель.

Последний приводит в движение колеса через маховик. Стоит отметить, что трос сцепления присутствует только на агрегатах с механическим приводом. Детали второй системы описаны в следующем разделе.

Принцип работы сцепления с гидравлическим приводом

Здесь, в отличие от первого случая, усилие от педали к механизму передается посредством жидкости.

Жидкость содержится в специальных шлангах и цилиндрах.

Настройка этого сцепления несколько отличается от настройки механического сцепления.

На шлицевом конце входного вала коробки передач находится ведомый диск 1, а на маховике закреплен стальной кожух.

Внутри крышки находится радиальная листовая рессора. Он служит в качестве рычага разблокировки. Педаль управления подвешена на оси к кронштейну кузова. Толкатель главного цилиндра также крепится к нему на шарнирном соединении. Когда устройство выключено и передача включена, радиальная пластинчатая пружина возвращает педаль в исходное положение.

Устройство состоит из насоса сцепления и рабочего цилиндра. Оба компонента очень похожи по конструкции. Оба они состоят из корпуса, внутри которого находится поршень и специальный толкатель. Как только водитель нажимает на педаль, включается насос сцепления. Здесь поршень перемещается вперед под действием толкателя, что приводит к повышению давления внутри. Его последующее движение вызывает поступление жидкости в рабочий цилиндр через выпускной канал. Именно удар штока поршня о вилку разъединяет узел. Когда водитель начинает отпускать педаль, рабочая жидкость течет обратно. Это приводит к включению сцепления. Этот процесс можно описать следующим образом. Сначала открывается обратный клапан, который сжимает пружину. Затем жидкость возвращается из главного цилиндра в запасной цилиндр. Как только давление там становится меньше силы пружины, клапан закрывается, и в системе создается избыточное давление жидкости. Это уравновешивает любые недостатки, возникающие в этой части системы.

Особенности сцепления РКПП

Теперь немного о муфте, используемой в коробке передач робота.

Конструктивно он очень похож на тип с двойным сцеплением, но это не так. Это просто называется двойным сцеплением. И все это благодаря особенности конструкции коробки передач.

Этот узел имеет два ведомых диска, которые расположены между маховиком и двумя ведущими дисками (один из которых является промежуточным).

Каждый из ведомых дисков взаимодействует со своим первичным валом передачи (которых в конструкции коробки передач два и расположены они на одной оси, фактически один переходит в другой).

Особенностью такого сцепления является то, что при наличии двух потоков они не задействованы одновременно.

Роботизированная коробка передач имеет так называемые ряды парных и непарных шестерен, вращение на каждую из которых передается от собственного диска сцепления.

Это означает, что при включении непарной передачи зажимается только один из ведомых дисков, а второй остается в свободном состоянии (не вращается).

При переключении передачи (переходе на другую передачу) диски меняются местами, т.е. ранее свободный диск зацепляется, а другой освобождается. Этот тип сцепления приводится в действие электрически с помощью автоматического привода.

Элементы муфты сцепления

Дизайн сцепления

Стандартное сцепление, используемое на большинстве автомобилей с механической коробкой передач, состоит из следующих основных компонентов:

• Маховик двигателя — Приводной диск.
• Фрикционный диск сцепления.
• Корзина сцепления — нажимной диск.
• Выжимной подшипник сцепления.
• Выжимной подшипник сцепления.
• Вилка сцепления.
• Привод сцепления.

Фрикционный диск в сцеплении имеет фрикционные накладки с обеих сторон. Его функция заключается в передаче фрикционного крутящего момента. Демпфер крутильных колебаний, встроенный в корпус диска, смягчает соединение с маховиком и поглощает вибрации и нагрузки, возникающие при неравномерной работе двигателя.

Схема диска сцепления, фрикционного диска и выжимного подшипника с выжимной муфтой

Нажимной диск сцепления и диафрагменная пружина, которые взаимодействуют с фрикционным диском, образуют единый узел, называемый «картер сцепления». Фрикционный диск расположен между корзиной и маховиком и соединен с приемным валом коробки передач шлицами, по которым он может перемещаться.

Мембранная пружина корзины может быть сжатого или тягового типа. Разница заключается в направлении приложения силы от привода сцепления: к маховику или от маховика. Особенность конструкции втягивающей пружины позволяет использовать корзину, которая значительно тоньше. Это делает устройство максимально компактным.

Виды сцеплений

Автомобильный компрессор кондиционера с магнитной муфтой В автомобиле используются различные типы муфт.
Автоматическая коробка передач состоит из нескольких сцеплений. Эти муфты включают и выключают планетарные шестерни. Каждое сцепление приводится в действие гидравлической жидкостью под давлением. Когда давление падает, пружины отключают сцепление.
В системе кондиционирования автомобиля используется электромагнитная муфта. Он позволяет отключать компрессор даже при работающем двигателе. Сцепление приводится в действие, когда через магнитную катушку проходит электрический ток. Если подача тока прервана (вы выключили кондиционер), муфта отключается.
Во многих автомобилях используется вентилятор охлаждения, работающий от двигателя. Этот вентилятор управляется муфтой другого типа — вязкостной муфтой. Он приводится в действие в зависимости от температуры жидкости. Муфта установлена на ступице вентилятора в потоке воздуха, проходящего через радиатор. Этот тип сцепления похож на вязкостное сцепление, используемое во внедорожниках. Когда автомобиль нагревается, вязкость жидкости в муфте увеличивается, что приводит к увеличению скорости вращения вентилятора в соответствии с частотой вращения двигателя. Когда автомобиль холодный, жидкость сцепления не нагревается, и вентилятор вращается медленнее, позволяя двигателю быстрее прогреться до рабочей температуры.
Многие автомобили оснащены самоблокирующимися дифференциалами или вязкостными муфтами, которые используются для увеличения тяги. При повороте одно колесо вращается быстрее другого, что затрудняет управление автомобилем. Самоблокирующийся дифференциал приводится в действие муфтой. Если одно колесо начинает вращаться быстрее другого, включается сцепление, чтобы замедлить вращение. Движение по лужам и льду может привести к скольжению.
В бензопилах используется центробежное сцепление для остановки цепи без остановки двигателя. Такие муфты работают автоматически под действием центробежной силы. Впускной барабан соединен с коленчатым валом двигателя. Выходной барабан приводит в действие цепь. При увеличении оборотов двигателя фрикционные сегменты прижимаются к внутренней поверхности барабана. Центробежные сцепления также используются на газонокосилках, картингах и мопедах. Есть даже сцепление на некоторых игрушках йо-йо.

Смотрите это видео на YouTube

Распространенные проблемы сцепления

В 1950-х и 1970-х годах сцепление необходимо было менять каждые 80 000-100 000 км. При правильной эксплуатации и обслуживании современные сцепления служат более 130 000 км. В противном случае сцепление может выйти из строя на 55 000 км. Перегруженные грузовики и тягачи, буксирующие тяжелые грузы, могут иметь проблемы даже с новым сцеплением.
Основной проблемой является износ фрикционного материала диска. Фрикционный материал диска сцепления похож на материал тормозных колодок — со временем он изнашивается. По мере износа фрикционного материала диск начинает проскальзывать, и сцепление не может передавать мощность от двигателя к колесам.
Износ сцепления происходит только тогда, когда диски вращаются с разной скоростью. Когда диски прижимаются друг к другу, фрикционный материал удерживает диски вместе, и они вращаются с одинаковой скоростью. Износ происходит, когда диск сцепления скользит по нажимному диску. Однако если вы ездите с частой пробуксовкой сцепления, износ происходит гораздо быстрее.
Проблемы со сцеплением также могут возникнуть, если диск сцепления не может оторваться от нажимного диска. Если сцепление выжато не полностью, приводной вал продолжает вращаться. Это может привести к «хрусту» или помехам в передаче. Это может произойти по следующим причинам:

• Трос сцепления растянут или поврежден — Для эффективной работы троса требуется достаточное натяжение.
• Негерметичность или износ главного/рабочего цилиндра сцепления — Негерметичность не обеспечивает достаточного давления.
• Воздух в гидравлической линии — воздух влияет на работу гидравлики, так как занимает место и не обеспечивает достаточного давления.
• Неправильно установленный рычаг педали сцепления — Передает малое усилие на трос или насос гидравлической системы.
• Несовместимые детали сцепления — Не все детали вторичного рынка подходят для вашего автомобиля.

Тугое сцепление — еще одна распространенная проблема. Для полного выключения сцепления требуется некоторое усилие. Слишком тугая педаль сцепления может указывать на неисправность. Возможны различные причины: заклинивание рычага сцепления, троса, поперечного вала или подшипника вилки сцепления. Иногда изношенные уплотнения и засорение гидравлической системы могут привести к тому, что педаль сцепления становится жесткой. Другой распространенной проблемой является износ выжимного подшипника, также известного как подшипник сцепления. Этот подшипник давит на лепестки диафрагменной пружины нажимного диска. Если при нажатии на педаль сцепления вы слышите неприятный шум, это может быть признаком неисправного выжимного подшипника.

Эксплуатация сцепления

Во время эксплуатации автомобиля следует регулярно проверять уровень жидкости в бачке гидропривода сцепления. Если уровень ниже нормы, его следует восстановить, долив тормозную жидкость.
В противном случае, когда уровень упадет до нуля, усилие вашей ноги на педали сцепления будет передано в никуда.

Низкий уровень жидкости или неправильно отрегулированное сцепление могут привести к тому, что автомобиль включается с большим усилием или не включается вообще. И если при полностью выжатой педали сцепления.
Если вам удастся «нажать» на первую передачу, автомобиль постепенно самопроизвольно заведется, хотя двигатель все еще должен быть отсоединен от ведущих колес.

Как это может случиться и почему машина едет?

Описанная проблема называется — езда на сцеплении. Суть происходящего заключается в следующем. Однако, если сцепление не находится в контакте с маховиком, оно стремится слегка сцепиться с маховиком, и поэтому определенный крутящий момент передается на вал коробки передач, а затем на ведущие колеса.

Сцепление также может быть неприятностью другого рода. Поскольку каждый раз, когда вы отпускаете педаль сцепления, вы заставляете обе поверхности ведомого диска сильно тереться о железный маховик и не менее железный нажимной диск, стороны ведомого диска со временем естественным образом изнашиваются.

Это нормальный процесс, предусмотренный в автомобиле, а ведомый диск является расходным материалом. Однако наступает момент, когда вы включаете первую передачу, выжимаете педаль сцепления и «ускоряетесь» так, что у проезжающих мимо вас водителей «сердце кровью обливается». Однако износ диска сцепления настолько велик, что он больше не прижимается должным образом между маховиком и нажимным диском, и крутящий момент больше не передается от двигателя к коробке передач через кривошип. Описанное явление называется проскальзывающим сцеплением.

Конечно, здесь есть пример очень глухого и слепого водителя, потому что машина «предупредила» его гораздо раньше, что такой случай может вскоре произойти. Еще раньше, на подходе к максимальному износу, ведомый диск начал проскальзывать, сначала на четвертой передаче, затем на третьей и так далее.

Наступление критического износа можно легко определить, двигаясь на четвертой передаче со скоростью 40-45 км/ч. Если педаль акселератора сильно нажата, а обороты двигателя
начинает увеличиваться, а автомобиль продолжает двигаться с постоянной скоростью, также чувствуется запах горящих дисковых колодок, что подтверждает предположение. Настало время купить новый диск.

«Шуршание» в области сцепления и его исчезновение при полностью выжатой педали сцепления означает, что вам следует подготовиться к замене выжимного подшипника. Быстрый старт, резкие ускорения и постоянное удерживание ноги на педали сцепления во время движения приводят к повышенному износу.
Многократные пуски и ускорения во время движения приводят к повышенному износу не только сцепления, но и других компонентов автомобиля.

Еще одна вредная привычка также сокращает срок службы сцепления. Водитель долго держит педаль сцепления нажатой, например, во время остановки перед красным светом.

Диагностика сцепления в домашних условиях

В случае неисправности часто слышен характерный шум. Для этого несколько раз выжмите педаль сцепления и внимательно прислушайтесь. Если есть необычные звуки, такие как скрип, грохот или подобные, стоит понять, откуда они исходят, и устранить их. При нажатии на педаль она должна двигаться свободно, без рывков и запаздывания. Расстояние от пола до педали не должно превышать 145 миллиметров при включенной или выключенной педали.

Другие неисправности возникают во время движения, а именно при переключении передач. Если вам трудно переключать передачи и вы слышите необычный хруст, гул и другие звуки при переключении, не медлите. Кроме того, при включении передачи и нажатии на педаль газа автомобиль не так дергается, как обычно, он начинает плавно набирать обороты, а двигатель работает на максимуме. Это первый симптом неисправного диска сцепления.

Продлеваем срок службы

Сцепление, вероятно, является одним из самых долговечных компонентов автомобиля. Качественный агрегат может прослужить 200 000 километров и более. Однако есть некоторые правила, которые необходимо знать, чтобы ваше сцепление не потребовало ремонта в первые несколько недель вождения.

При управлении автомобилем с механической коробкой передач, прежде всего, научитесь правильно нажимать на педаль. Когда вы отпускаете его, сцепление включается. В этот момент тарельчатая пружина прижимает привод к маховику. Это приводит к тому, что компоненты слегка трутся друг о друга. В результате диск слегка проскальзывает по маховику, и маховик начинает вращаться.

Следующим шагом является предоставление короткого периода времени для того, чтобы сборка пришла в равновесие максимальной скорости. Для этого удерживайте педаль в среднем положении около 2-3 секунд. Это приблизит скорость вращения маховика к скорости вращения диска. Затем автомобиль постепенно набирает скорость.

Что будет дальше? Когда маховик с маховиком и нажимным диском начинают вращаться с одинаковой скоростью и без проскальзывания, происходит передача максимального крутящего момента. В этом случае нет необходимости снова отключать коробку передач и двигатель (если только речь не идет об экстренном торможении). Как только автомобиль завелся, и спидометр уже превышает 10 км/ч, можно смело отпускать педаль. Таким же образом переключитесь на 5-ю передачу (если это позволяют правила дорожного движения).

Обратите внимание, что если вы резко выжмите педаль сцепления во время движения с места, автомобиль начнет дергаться и заглохнет в течение 3-4 секунд. Это происходит потому, что во время резкой притирки дисков двигатель передает всю мощность на коробку передач, тем самым просто ломая ее. Это увеличивает нагрузку на шестерни и тем самым сокращает срок службы приводных механизмов. Не отпускайте резко педаль при запуске, так как это очень вредно для автомобиля. Только когда автомобиль набрал достаточную скорость (он уже находится на 3-5-й передаче), при переключении вверх можно сразу «бросить» педаль.