В этой статье мы рассмотрим сцепление как основной узел автомобильной коробки передач, его виды и классификацию, конструкцию, принцип работы и основные неисправности.
Двигатель и трансмиссия
Основными компонентами автомобилей являются трансмиссия и коробка передач.
Первый компонент генерирует вращательное движение, преобразуя энергию сгорания, второй изменяет полученное значение вращения и передает его на ведущие колеса.
Но если двигатель состоит из ряда механизмов и систем, объединенных в единую конструкцию, то коробка передач состоит из нескольких отдельных, но взаимодействующих компонентов.
Назначение сцепления, основные виды
Одним из компонентов коробки передач является сцепление, которое служит связующим звеном между двигателем и главным приводом — коробкой передач.
Редуктор изменяет соотношение вращательного движения и состоит из ряда шестерен, установленных на валах.
Можно изменить передаточное число, включив определенные передачи, но невозможно отключить одни передачи и включить другие, когда двигатель находится в постоянном вращении.
Для этого необходимо остановить вращение коробки передач, что делается с помощью механизма сцепления.
Кроме того, разделение роторного редуктора осуществляется двумя способами. При движении на скорости, поскольку и двигатель, и компоненты коробки передач уже вращаются, изменение передаточного числа не требует плавного отключения и возобновления вращения коробки передач.
Однако при старте с одной точки требуется постепенное увеличение числа оборотов для устранения толчков и снижения нагрузки на двигатель и коробку передач. Это также обеспечивается сцеплением.
В целом, сцепление предназначено для обеспечения короткого перерыва в передаче крутящего момента от трансмиссии к шасси, который можно регулярно восстанавливать.
С момента появления автомобилей и спецтехники, оснащенных двигателями внутреннего сгорания, было изобретено несколько вариантов этого агрегата.
Основное разделение между ними основано на том, на чем основана передача.
Здесь типы сцепления делятся на:
- Трение;
- Гидравлика.
Существуют также электромагнитные, но это фактически тип фрикционного сцепления.
Конструкция и принцип действия фрикционного сцепления
Фрикционные муфты передают вращательное движение посредством сил трения. В настоящее время этот тип является одним из самых распространенных.
Существует очень много вариантов с различным дизайном. Поэтому фрикционные муфты можно разделить по нескольким критериям:
- Тип трения;
- количество вращающихся потоков передачи; — количество ведущих дисков; — количество ведомых дисков; — количество фрикционных дисков;
- Количество ведомых дисков;
- Тип управления.
В целом, все сцепления работают по одному и тому же принципу, разница между ними сводится лишь к определенным конструктивным особенностям.
Для того чтобы лучше понять принцип работы этого типа сцепления, мы кратко рассмотрим конструкцию и принцип действия одного из самых распространенных: однодискового «сухого», используемого в различных устройствах, оснащенных механической коробкой передач.
Его основными компонентами являются два диска: ведущий и ведомый. Первый жестко связан с двигателем (прикручен к маховику), второй — с главным валом коробки передач.
В этом случае ведомый диск должен перемещаться по валу во время работы, поэтому он соединен с валом не жестко, а через шлицевое соединение.
Тормозной диск — это произвольное название, так как он состоит из самого диска, корпуса, с которым он соединен направляющими, и пружин, обеспечивающих фиксацию диска.
В народе этот компонент также часто называют «корзиной» и «накладкой» (общее название компании, которая производит запасные части, включая компоненты сцепления).
Особенностью конструкции «корзины» является то, что диск имеет возможность перемещаться по направляющим относительно корпуса, но пружины удерживают его как можно дальше от корпуса, который уже жестко соединен с маховиком.
Диск также имеет компоненты, которые позволяют ему перемещаться относительно корпуса (мембранная пружина или специальные ножки).
Приводимый в движение элемент представляет собой круглый диск, закрепленный на ступице (с пазом), с обеих сторон которого установлены специальные шайбы (приклепанные, заклепанные) для увеличения трения.
Обратите внимание, что диск соединен со ступицей не напрямую, а через специальные амортизаторы.
Принцип работы этого типа устройства следующий: корпус привода крепится к маховику. Между корзиной и маховиком находится ведомый диск.
Поскольку пружины постоянно отталкивают ведущий элемент от корпуса, ведомый элемент блокируется, т.е. в нормальном состоянии вращение постоянно передается.
На главном валу находится направляющая втулка, на которой установлен подшипник выключения, выполняющий роль главного управляющего элемента.
Этот подшипник соединен с коробкой передач вилкой. Контроллер, воздействуя на привод, позволяет подшипнику перемещаться по втулке.
Когда это происходит, он начинает оказывать давление на мембранную пружину или лапки, в результате чего направляющий диск перемещается относительно корпуса и освобождает зубчатый диск — вращение прекращается.
Этот принцип работы заложен практически во всех видах трения, независимо от их конструктивных особенностей.
Разновидности сцепления
Тип трения.
Форма, описанная выше, представляет собой так называемый «сухой» тип трения. Это означает, что все компоненты полностью лишены какой-либо смазки; более того, это вообще недопустимо, так как может повлиять на адгезивные свойства сопрягаемых поверхностей дисков.
Но есть типы, в которых компоненты находятся в масляной ванне — так называемые мокрые.
Но этот тип вряд ли будет использоваться в автомобилях, хотя его можно найти в конструкции некоторых мотоциклов.
В принципе, суть этого сцепления не отличается от «сухого» сцепления, единственное отличие заключается в том, что картер, в котором находятся компоненты, заполнен маслом.
Что касается количества нитей.
В зависимости от количества нитей муфты делятся на однониточные и двухниточные.
В первом случае вращение от двигателя передается только на один элемент. В описанном выше типе это главный вал коробки передач.
Однако сцепление с двойной резьбой часто используется в специальных автомобилях.
Отличительной чертой однопоточного агрегата является двухвальный роторный редуктор. Но в конструкцию добавлен дополнительный зубчатый диск.
Это наиболее часто встречается на тракторах (второй поток обеспечивал вращение ВОМ).
Что касается легковых автомобилей, то этот тип нашел свое применение в автомобилях с роботизированными трансмиссиями (подробнее об этом ниже).
По количеству ведомых дисков.
В дополнение к однодисковой версии предлагаются также двухдисковые и многодисковые сцепления.
Первый вариант двухдискового сцепления используется в двухпоточном типе. В нем вращение от ведомого диска передается на выносную ось, а от второго диска — на коробку отбора мощности.
Такая конструкция позволила увеличить функциональность оборудования (например, на тракторах, благодаря карданному валу, его можно соединять с различными трансмиссиями).
Конструкция двойного сцепления также может быть сцеплением одностороннего действия (вращение от двух ведомых дисков передается только на один элемент — вал коробки передач).
Эта конструкция нашла свое применение в коммерческих автомобилях (в большинстве случаев, хотя этот тип также можно встретить в спортивных автомобилях и некоторых мотоциклах), где требуется передача крутящего момента из-за высокой мощности двигателя.
Многодисковые сцепления, с другой стороны, представляют собой набор дисков — ведущих и исполнительных — чередующихся друг с другом. Этот мешок помещается в корзину, состоящую из двух барабанов: главного и ведомого.
В остальном суть конструкции этого типа такая же, как и у обычного сцепления — диски соединены с соответствующими барабанными пружинами, которые прижимаются друг к другу, вызывая трение между дисками.
Когда привод приводится в действие, один из барабанов отходит в сторону, прерывая поток. Этот тип сцепления встречается только на мотоциклах.
По типу привода.
Для управления устройством используются различные типы приводов:
- Механические (усилие передается от педали к несущей вилке через систему рычагов или тросов);
- Гидравлический (усилие передается с помощью двух цилиндров: главного и рабочего, соединенных между собой трубопроводом, заполненным жидкостью);
- Электрический (используется в системах с автоматическим управлением сцеплением. Здесь элементы сцепления приводятся в действие электрическими сервомоторами);
- Комбинированный (устройство, сочетающее в себе несколько вышеупомянутых типов, например, гидромеханическое).
Кроме того, различные приводные усилители часто используются в специальных автомобилях.
Особенности сцепления РКПП
Теперь деталь сцепления используется в роботизированной коробке передач.
Конструктивно он очень похож на двухдисковый, двухрезьбовой тип, но это не то. Это просто называется двойным сцеплением. Это связано с конструктивными особенностями коробки передач.
В таком устройстве есть два ведомых диска, которые зажаты между маховиком и двумя направляющими дисками (один из которых является промежуточным).
Каждый шкив взаимодействует со своим ведущим валом редуктора (которых два, и они находятся на одной оси — фактически один вставлен в другой).
Особенностью такого соединения является то, что при наличии двух потоков они не задействуются одновременно.
В коробке робота есть так называемые взаимодействующие и невзаимодействующие ряды зубьев, вращение передается каждому из них через свой диск сцепления.
Это означает, что при включении несовпадающей передачи блокируется только один из выходных дисков, а другой остается свободным (не вращается).
При переключении передач (переключении в пары) диски меняются местами, т.е. ранее свободный первый диск блокируется, а второй освобождается. Этот тип сцепления приводится в действие автоматически с помощью электропривода.
Электромагнитный тип
Электромагнитную муфту можно рассматривать как отдельный тип фрикционной муфты.
Конструктивно оно очень похоже на обычное однодисковое «сухое» сцепление. Однако в нем отсутствуют элементы, которые удерживают направляющий диск на месте: пружины.
Вместо этого диск был соединен с электромагнитом, а в его корпусе был установлен якорь.
Суть этого типа связи заключается в следующем: при подаче напряжения на электромагнит создается магнитное поле, притягивающее магнит к якорю. А будучи жестко связанным с приводным диском, это притяжение сопровождается движением последнего и блокировкой приводимого элемента.
Этот тип муфты относится к так называемому типу без трения. Это означает, что в отличие от обычных конструкций, в которых диск постоянно заблокирован, в данном случае он находится в свободном состоянии и расцепляется только при подаче напряжения на электромагнит.
Гидравлическое сцепление
Второй довольно распространенный тип сцепления — гидравлическое сцепление. Используется в автомобилях с автоматическими коробками передач и вариаторами.
Если во фрикционном типе мощность передается на трансмиссию за счет сил трения, то в гидравлическом типе это происходит за счет возникающего потока жидкости.
Эта муфта состоит из двух роторов: приводного (нагнетательного) ротора и воздуховодного (турбинного) ротора, помещенных в корпус, заполненный рабочей жидкостью.
Между ними дополнительно находится реактор, который представляет собой еще одно колесо, обеспечивающее перенаправление жидкости.
Суть работы очень проста: ведущее колесо соединено с маховиком и вращается вместе с ним. В этом случае через лопасти создается поток жидкости, который попадает на лопасти ротора турбины (соединенного с зубчатым валом), заставляя его вращаться.
Реактор, используемый в конструкции, увеличивает скорость потока и, таким образом, увеличивает крутящий момент на ведущем колесе.
«Слабые места» сцепления
Это основные типы сцепления, используемые на автомобилях. Невозможно однозначно сказать, какой тип лучше, поскольку у каждого из них есть свои недостатки.
Таким образом, во всех типах фрикционных сцеплений «слабым местом» являются ведомые диски. В результате трения фрикционные накладки постепенно изнашиваются и требуют замены (обычно заменяется весь диск).
Другие трущиеся поверхности также могут быть повреждены, пружины могут сломаться, а подшипники сцепления могут износиться.
Часто возникают неисправности компонентов привода. Кроме того, чем сложнее конструкция сцепления, тем выше вероятность его выхода из строя.
Как и подобает гидравлическому сцеплению, оно передает усилие без жесткого соединения компонентов (но это не совсем так, поскольку в конструкции предусмотрен механизм блокировки), что значительно повышает надежность основных компонентов работы.
Но есть и «слабые места»: подшипники и сальники. Если они выходят из строя, то под угрозой оказывается все сцепление. Лопасти колес также могут быть разрушены.
Кроме того, сцепления этого типа очень «боятся» неправильного уровня жидкости.
Как правило, все неисправности сцепления любого типа относительно легко устраняются, но есть одна существенная проблема — добраться до сцепления для ремонта очень сложно, и для этого требуется полная разборка коробки передач.
