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.

Сцепление автомобиля — принцип работы и устройство

Сцепление – неотъемлемый элемент любого автомобиля. Именно он обеспечивает передачу крутящего момента от двигателя к колесам, а также позволяет водителю тормозить и осуществлять остановку транспортного средства. Поговорим более подробно, что из себя представляет этот узел и как он работает.

Что такое сцепление

Сцепление – не что иное, как механизм, использующий для своего функционирования трение. За счет этого он передает энергию вращения от одного элемента трансмиссии машины к другому. По сути, узел является фрикционной муфтой.

Узел используют для отключения и подключения коробки передач к ДВС. Первое необходимо для торможения или постепенной остановки. Второе – для передачи энергии вращения на колеса и движения. Собственно говоря, это и есть его основное назначение.

Изобрел механизм немецкий инженер Карл Бенц, основатель концерна Даймлер-Бенц. Впервые он применил его на своем колесном автомобиле Motorwagen, который был сконструирован в 1886 году. Конструктивное решение показало хорошие результаты и стало использоваться на всех транспортных средствах, которые выходили в дальнейшем.

Устройство сцепления автомобиля

Рассмотрим устройство узла на примере однодискового сцепления. Оно состоит из 11 основных конструктивных элементов:

• маховик;
• накладки;
• ведомый и ведущий диски;
• прижимные пружины;
• вилка выключения;
• муфта;
• вал педали;
• педаль;
• рычаги;
• выжимной подшипник;
• вал КПП.

На некоторых авто часто применяется механизм, отличающийся по конструкции. В нем некоторая часть рычагов заменена диафрагменной пружиной. Чаще всего такую схему используют на легковых транспортных средствах. Также иногда применяют лепестковую конструкцию.

Хотя диски выполняют из стали, на некоторых моделях имеется керамическое покрытие. Оно обеспечивает более интенсивное трение и исключает провороты.

Принцип работы сцепления

После того, как водитель нажимает на педаль, ее вал проворачивается. В результате этого исчезает зазор между вилкой и муфтой. После вилка нажимает на муфту, и та перемещается вместе с подшипником. Он нажимает на рычаги, после чего концы последних отводят ведущий (или нажимной) диск от вала КПП. Прекращается обжим ведомого диска. Происходит сжатие прижимных пружин, вращение перестает передаваться на трансмиссию.

Когда автомобилист перестает взаимодействовать с педалью, происходит прижатие диска к маховику. Также происходит обжим ведомого. Энергия автомобильного мотора снова начинает передаваться на трансмиссию.

Плавность процесса возврата узла в первоначальное положение обеспечивают имеющиеся в его конструкции демпферные пружины.

Таков в общих чертах принцип работы узла.

Виды сцеплений

Сухое и мокрое сцепление

В настоящее время наиболее распространены следующие виды сцеплений:

• сухое однодисковое;
• мокрое;
• сухое двухдисковое;
• двухмассового маховика.

Разберем каждую разновидность более детально.

Сухое сцепление

Наиболее распространенная разновидность механизма. Сохранилась практически неизменной с конца XIX века, когда была изобретена Карлом Бенцем. Общее устройство и схема работы этого типа сцепления описаны выше.

Свое название конструкция получила в силу того, что в основе ее действия лежит действие сухого трения, препятствующего скольжению. Именно оно обеспечивает передачу вращения.

В силу относительно простоты конструкции изготовление сухого сцепления обходится недорого. Благодаря этому оно получило широкое распространение и встречается чаще всего.

Имеет ряд недостатков. Основных – 2. Во-первых, из-за постоянного трения диски довольно быстро изнашиваются. Во-вторых, во время работы они могут нагреваться и расширяться за счет повышения температуры. Это может неблагоприятно отразиться на функционировании механизма.

Мокрое сцепление

Мокрым называют сцепление, диски которого работают в специальной масляной ванне. Ее наличие обеспечивается включением в конструкцию картера, в который заключены все остальные конструктивные элементы механизма.

Благодаря использованию масла удалось решить основную проблему сухих механизмов – быстрый износ. Некоторые модели заходя еще дальше и обеспечивают циркуляцию жидкости и ее охлаждение. Благодаря этому удалось существенно уменьшить перегрев дисков и тем самым стабилизировать их работу.

Еще одно достоинство этого варианта заключается в том, что он способен лучше передавать крутящий момент.

В силу более сложного устройства мокрое сцепление стоит дороже. Кроме того, его сложно обслуживать, часто возникают неисправности, связанные с утечкой масла.

Чаще всего эту разновидность механизма применяют на современных транспортных средствах, которые оснащены роботизированным узлом. Его особенность в том, что вращение передается с разных дисков, а при смене скорости его передача не прекращается полностью. Это предотвращает потерю мощности. Все действия механизма управляются ЭБУ, а составные части узла приводятся в движение с использованием гидравлики. Этот вариант стоит еще дороже, однако обеспечивает наиболее эффективную работу и плавное торможение, переключение передач.

Сухое двухдисковое сцепление

Эта разновидность конструкции предполагает наличие сразу 2 ведомых дисков, между которыми находится специальная проставка. Благодаря тому, что при таком подходе увеличивается общая поверхность, на которой происходит трение, удается передать больший крутящий момент. Кроме того, подобная разновидность узла отличается более высокой прочностью и более продолжительным сроком эксплуатации.

По сути, сухое двухдисковое сцепление представляет собой компромиссный вариант между мокрым и однодисковым. Оно дешевле первого, но работает гораздо эффективнее последнего. Этот вариант конструкции чаще всего используется на грузовиках, а также легковых транспортных средствах с мощным мотором (например, внедорожниках).

Сцепление двухмассового маховика

Система подобного сцепления отличается от традиционного. Деталь состоит из 2 элементов, которые связаны системой пружин. Именно они поглощают рывки, вибрацию и другие нарушения вращения. В подобных конструкциях роль сцепления выполняет внутренний вал. Нажимной вал присоединяют к коленвалу, а ведомый – к механической КПП.

Ресурс работы этой разновидности узла несколько меньше, чем у более простых вариантов. Он составляет до 100 000 километров. Конечно, такой срок службы возможен только при условии эксплуатации транспортного средства в благоприятных условиях. Иными словами, чтобы механизм проработал максимально долго, надо ездить только по ровной дороге и не перегружать его.

Возможные неисправности сцепления и их признаки

О неисправностях могут свидетельствовать следующие симптомы:

• сцепление ведет (то есть имеет место неполное расхождение дисков);
• механизм буксует (то есть присутствует недостаточно сильное соприкосновение дисков);
• машина совершает рывки при переключении передач или трогании с места;
• при выключении начинается сильная вибрация или появляется отчетливо слышный шум;
• сцепление совсем не выключается;
• педаль остается в крайнем положении (то есть постоянно утоплена в пол салона авто).

Причинами перечисленных явлений могут выступать следующие неисправности.

• Износ конструктивных элементов узла. Чаще всего изнашивается ведомый диск. Может произойти его деформация, износ шлицев, накладок, вилки. Нередко изнашиваются пружины. Решается проблема заменой поврежденного элемента конструкции.
• Ослабление опор мотора. В результате нарушается геометрия коленчатого вала и маховика, вследствие чего диски соприкасаются между собой недостаточно плотно. Устраняют проблему укреплением опор до возвращения их в нормальное состояние.
• Износ подшипника. Поскольку эта деталь перестает обеспечивать свободное вращение остальных конструктивных элементов, при ее функционировании появляется шум. Сам вращение при этом несколько замедляется. Решают проблему полной заменой подшипника.
• Повреждение троса. Если трос поврежден, то педаль не может нормально нажиматься, поскольку не связана с остальными элементами узла. В результате сцепление остается постоянно включенным. Проблема устраняется путем замены троса на исправный.

Иногда понять, исправен узел или нет, сразу не получается. Чтобы признаки поломки стали видны более отчетливо, можно провести простую проверку, не требующую посещения станции техобслуживания. Для этого потребуется выполнить следующие действия:

• найти ровный, спокойный участок дороги примерно на 1 километр;
• разогнаться до 60 км/ч;
• убрать ногу с акселератора и дать авто сбавить обороты;
• когда двигатель начнет «захлебываться», резко выжать акселератор.

В последний момент необходимо следить за показаниями приборов. При исправном узле стрелки спидометра и тахометра перемещаются по шкале синхронно. При изношенном или сломанном сцеплении тахометр будет опережать спидометр. Это связано с тем, что обороты мотора будут высокими, но не передадутся на колеса.