Устройство и принцип работы сцепления автомобиля

Схема однодискового сцепления

Маховик устанавливается на коленчатом вале двигателя. Он выполняет роль ведущего диска сцепления . На современных автомобилях применяется, как правило, двухмассовый маховик. Такой маховик состоит из двух частей, соединенных пружинами. Одна часть соединена с коленчатым валом, другая — с ведомым диском. Конструкция двухмассового маховика обеспечивает сглаживание рывков и вибраций коленчатого вала. В картере сцепления размещаются конструктивные элементы сцепления. Картер сцепления крепиться болтами к двигателю.

Нажимной диск прижимает ведомый диск к маховику и при необходимости освобождает его от давления. Нажимной диск соединен с корпусом (кожухом) с помощью тангенциальных пластинчатых пружин. Тангенциальные пружины, при выключении сцепления, выполняют роль возвратных пружин.

На нажимной диск воздействует диафрагменная пружина, обеспечивающая необходимое усилие сжатия для передачи крутящего момента. Диафрагменная пружина наружным диаметром опирается на края нажимного диска. Внутренний диаметр пружины представлен упругими металлическими лепестками, на концы которых воздействует подшипник выключения сцепления. Диафрагменная пружина закреплена в корпусе. Для закрепления используются распорные болты или опорные кольца.

Нажимной диск, диафрагменная пружина и корпус образуют единый конструктивный блок, который носит устоявшееся название корзина сцепления. Корзина сцепления имеет жесткое болтовое соединение с маховиком. По характеру работы различают два типа корзин сцепления — нажимного и вытяжного действия. В распространенной корзине сцепления нажимного действия лепестки диафрагменной пружины при выключении сцепления перемещаются к маховику. В вытяжной корзине сцепления наоборот — лепестки диафрагменной пружины перемещаются от маховика. Данный тип корзины сцепления характеризуется минимальной толщиной, поэтому применяется в стесненных условиях.

Ведомый диск располагается между маховиком и нажимным диском. Ступица ведомого диска соединяется шлицами с первичным валом коробки передач и может перемещаться по ним. Для обеспечения плавности включения сцепления в ступице ведомого диска размещены демпферные пружины, выполняющие роль гасителя крутильных колебаний.

На ведомом диске с двух сторон установлены фрикционные накладки. Накладки изготавливаются из стеклянных волокон, медной и латунной проволоки, которые запрессованы в смесь из смолы и каучука. Такой состав может кратковременно выдерживать температуру до 400°С. Накладки ведомого диска могут иметь и более высокую тепловую характеристику. На спортивных автомобилях устанавливают т.н. керамическое сцепление, накладки ведомого диска которого состоят из керамики, кевлара и углеродного волокна. Еще более прочные металлокерамические накладки, выдерживающие температуру до 600°С.

Подшипник выключения сцепления (обиходное название — выжимной подшипник) является передаточным устройством между сцеплением и приводом. Он располагается на оси вращения сцепления и непосредственно воздействует на лепестки диафрагменной пружины. Подшипник располагается на муфте выключения. Перемещение муфты с подшипником обеспечивает вилка сцепления.

Как оно функционирует?

Принцип работы сцепления автомобиля заключается в трении нескольких дисков. Действие данного узла заключается в плотном сжатии рабочих поверхностей маховика и прижимной поверхности корзины. Ниже мы рассмотрим этот момент более подробно.

Когда узел находится в рабочем состоянии, под действием выжимной пружины диск корзины плотно прилегает к сцеплению и прижимает его к маховику. При этом первичный вал заходит в шлицевую муфту. Далее производится передача крутящих усилий на него от диска сцепления. Когда водитель нажимает на педаль, он задействует работу выжимного подшипника. Последний нажимает на пружину. Таким образом, поверхность корзины отходит от диска сцепления. После этого первичный вал КПП прекращает свое движение.

Плавность — включение — сцепление

Плавность включения сцепления обеспечивается пружинящей конструкцией ведомого диска.
 

Плавность включения сцепления достигается проскальзыванием дисков, когда ослабевает сяжмающее их усилие.
 

Вследствие некоторой упругости рычагов, получающих во включенном состоянии небольшой прогиб, обеспечивается плавность включения сцепления, а при соответствующем соотношении плеч рычагов увеличивается усилие, передаваемое от пружины на диски.
 

Ведомый диск однодискового сцепления обычно имеет г а с и-т е л ь крутильных колебаний, который предохраняет трансмиссию от крутильных колебаний и улучшает плавность включения сцепления.
 

При отпускании педали 3 пружины 5 разжимаются и крутящий момент от двигателя передается сначала на задний ведомый диск 18, а затем на передний диск 19, чем достигается плавность включения сцепления.
 

Если ведущие и ведомые диски разомкнуты, вращение от двигателя к коробке передач не передается. Плавность включения сцепления создается благодаря проскальзыванию дисков в момент прижатия их друг к другу.
 

Наиболее распространены однодисковые сцепления, так как они имеют малый вес ведомых деталей ( что ослабляет удары между зубьями шестерен коробки передач при их переключении) и обеспечивают полное разобщение ведущего и ведомого дисков. Плавность включения сцепления улучшается установкой на ведомом диске 1 ( рис. 74) пластинчатых пружин 2, к которым приклепываются фрикционные накладки. Поэтому при включении сцепления трение возникает плавно, а не сразу по всей поверхности накладки.
 

Если ведущие и ведомые диски разомкнуты, вращение от двигателя к коробке передач не передается. Плавность включения сцепления создается благодаря проскальзыванию дисков в момент прижатия их друг к другу. По числу ведомых дисков сцепления разделяются на однодиско-вые и двухдисковые.
 

Для улучшения охлаждения ведомого диска на накладках иногда нарезают вентиляционные канавки. Плавность включения сцепления ГАЗ и ЗИЛ достигается устройством на ведомых дисках радиальных разрезов. Разрезы уменьшают жесткость диска и улучшают отвод тепла.
 

Для улучшения охлаждения ведомого диска на накладках иногда нарезают вентиляционные канавки. Плавность включения сцепления ГАЗ и ЗИЛ достигается устройством на ведомых дисках радиальных, разрезов. Разрезы уменьшают жесткость диска и улучшают отвод тепла.
 

Для улучшения охлаждения ведомого диска на накладках иногда нарезают вентиляционные канавки. Плавность включения сцепления ГАЗ и ЗИЛ достигается устройством на ведомых дисках радиальных, разрезов. Разрезы уменьшают жесткость диска и улучшают отвод тепла.
 

Для предохранения силовой передачи от крутильных колебаний на ведомом диске сцепления устанавливают пружинный гаситель. Гаситель также обеспечивает плавность включения сцепления.
 

Привод выключения сцепления гидравлический

На автомобиле применяется гидравлический привод выключения сцепления с педалью подвесной конструкции (ось качания педали расположена выше ее площадки). Такой тип привода получает все большее распространение на современных легковых автомобилях. Его преимущества по сравнению с механическим приводом сводятся в основном к следующему:

1. Сцепление включается более плавно, что уменьшает динамические нагрузки в трансмиссии, особенно при трогании автомобиля с места, и повышает комфортабельность езды.
2. Значительно улучшается герметизация пассажирского помещения кузова от проникновения в него пыли, грязи и влаги, поскольку (при педали тормоза также «подвесной» конструкции) в наклонном полу кузова отсутствуют люки для прохода рычагов педалей сцепления и тормоза.
3. Не забрасываются грязью и хорошо защищены от пыли главные цилиндры гидроприводов выключения сцепления и ножного тормоза, расположенные достаточно высоко па идете кузова, и элементы механической части приводов, что облегчает техническое обслуживание этих узлов и повышает их долговечность.
4. Нет точек смазки в приводе сцепления, что упрощает обслуживание автомобиля.
5. Появляются значительные компоновочные возможности, так как «подвесные» педали сцепления и тормоза вместе с их главными цилиндрами можно разместить на щите передка кузова в соответствии с особенностями компоновки автомобиля.

Свойства

Отметим основные свойства, которыми обладают гидромуфты:

• Ведомые и ведущие валы действуют вне зависимости друг от друга. К примеру, когда ведомый вал находится в покое, то в это время ведущий вал может функционировать или соответствовать промежуточному значению угловой скорости. Но отметим, что значение последней не может равняться скорости вращения ведущего вала. Обычно её значения меньше на 2 – 3%.
• Именно гидравлические муфты смогут обеспечить плавное начало движения транспорта и плавный набор разгона.
• Строение организовано таким образом, что в ней отсутствуют детали, которые тесно соприкасаются между собой. Другими словами отсутствует процесс трения деталей, а следовательно, их износ сводится к минимуму.
• Гидромуфта сдерживает крутильные колебания.
• С её помощью обеспечивается бесшумное функционирование передач.
• Обеспечивается высокие показатели коэффициента полезного действия, до 0,96 – 0,98.
• Высокая степень надёжности при эксплуатации.С их помощью можно организовать управление, как на дистанционном, так и на автоматическом уровне.

Регулировка двухдискового сцепления

В основном современные легковые авто оснащаются «сухим» однодисковым механизмом. Для эксплуатации большинства автомобилей данная конструкция достаточно надежна и эффективна. Однако грузовой и специальный транспорт, а также спортивные модели требуют уже установки двухдискового механизма. Аналогично однодисковой конструкции здесь также осуществляется передача крутящего момента от маховика к КПП. Главное отличие состоит лишь в том, что двухдисковый механизм способен передавать сравнительно больший крутящий момент, при этом обладая намного большим ресурсом. Конструктивно механизмы различаются также количеством ведомых дисков и наличием между ними дополнительной проставки.

Принцип действия тот же. Нажатая педаль сцепления двигает выжимной подшипник, а тот в свою очередь воздействует на рычаги, отводя прижимной диск на себя от ведомого. При этом также отпускаются отжимные пружины, действуя на промежуточный ведущий диск, который отводится пружинами второго фрикционного диска. Второй движется с тем же шагом, что и первый. Благодаря этому одно нажатие на педаль оказывает на механизм двойное усилие. Обратная процедура при включении сцепленного механизма выполняется аналогично, последовательно соединяя все диски. Двухдисковую конструкцию можно назвать продвинутым вариантом однодисковой, в которой усилие и нагрузка распределяются равномерно. Именно равномерность распределения и повышенный ресурс отличают оба этих варианта механизма «сухого» типа.

Регулировку муфты сцепления и других его элементов разберем на примере грузовика МАЗ. В первую очередь следует проконтролировать зазор между поверхностями конструкции. Для этого регулируется расстояние, на которое отводится ведущий диск. Также желательно проверить зазор между регулировочной гайкой и крышкой корпуса клапана. При необходимости стоит отрегулировать и эти элементы.

Далее демонтируется картер маховика вместе с крышкой люка. Это нужно для более гибкой настройки отвода среднего ведущего диска. Регулировка на данном этапе выполняется в несколько шагов:

• включается сцепление;
• рычаг КПП переводится в нейтральное положение;
• маховик мотора проворачивается;
• откручиваются контргайки регулировочных винтов;
• в средний ведущий диск вкручиваются до упора 4 винта.

Затем, ослабив винты на один оборот, нужно продолжать вращать маховик. Все элементы далее фиксируются контргайками. На каждом этапе регулировки двухдискового механизма МАЗа требуется следить, чтобы настроенный зазор не сбился. Для этого приходится постоянно удерживать винт с помощью подходящего инструмента.

Следующий шаг — измерение зазора между краем задней крышки клапана и гайкой. Значение не должно быть более 3,3 мм. Исправление этого зазора — необходимый этап всей регулировки двухдискового механизма МАЗа.

Отрегулировать данное расстояние можно, ослабив соответствующую контргайку. Зафиксировав зазор регулировочной гайкой в пределах 3,3-3,7 мм, контргайку следует затянуть. На этом настройка двухдискового сцепленного механизма МАЗа завершена.

Как отрегулировать свободный ход педали сцепления

Регулировка привода сцепления может выполняться разными способами в зависимости от типа конкретного привода.

1. Регулировка троса сцепления

Регулировка тросового привода производится в случае наличия механического сцепления. Для этого необходимо найти регулировочный болт, расположенный под капотом. Прежде всего следует открутить контргайку, чтобы получить доступ к регулировочной гайке. 

В качестве проверки выполненной работы заново измеряют амплитуду хода, но перед этим нужно трижды нажать на педаль сцепления. Порядок регулировки следующий:

• Инструментами определяют расстояние между торцом демпфера и вилкой выключения — значение не должно превышать 8,6 см, максимальное отклонение в ту или другую сторону при этом составляет 5 мм.
• Определяется расстояние между наконечником троса и торцом демпфера. Результат должен быть в районе 6 см с тем же максимальным отклонением 5 мм.
• Если измеренное расстояние превышает норму, необходимо выполнить регулировку троса. Для этого используется регулировочная гайка, поворотом которой достигается допустимое значение.
• Затем педаль сцепления многократно выжимается, после чего расстояния повторно измеряют. При необходимости регулировка повторяется. Если же все в порядке, контргайка затягивается.

Иногда трос оказывается полностью неисправным, и его приходится заменять. Но сложностей с этим возникнуть не должно даже в условиях гаража. Необходим минимальный инструментарий в виде набора отверток и ключей, а также новый трос.

Прежде всего под педалями нужно удалить пластиковые элементы пола, чтобы обеспечить доступ к месту крепления троса. Дальнейшие операции выполняются в таком порядке:

• Наконечник троса отсоединяется от вилки выключения.
• Демпфер оболочки троса вынимается из крепления, находящегося в картере КПП.
• Наконечник троса отделяется от педали сцепления.
• Освобожденный трос вынимается.

При установке нового изделия все действия выполняются в обратном порядке.

2. Регулировка гидравлического сцепления

Перед тем, как регулировать гидропривод, нужно убедиться, что в системе отсутствует воздух. Проверяется это нажатием на соответствующую педаль. Если она достаточно упругая и после отпускания возвращается в исходную позицию, воздуха в системе нет.

Муфты в гидравлических приводах зачастую обладают автоматической регулировкой, однако в некоторых случаях эти механизмы можно отрегулировать вручную, компенсируя таким образом износ трущейся пластины. При наличии подобной возможности на толкателе рабочего цилиндра должны располагаться резьба и контргайка. Порядок действий следующий:

• Проверьте уровень жидкости в системе сцепления — он должен быть достаточным. Установите автомобиль на рампу либо на осевые стойки.
• Разместившись под днищем авто, отыщите элементы механизма — рабочий цилиндр с толкателем.
• С помощью пассатижей отсоедините пружину отрыва от вилки, затем нажмите на последнюю до упора вперед.
• Возьмите измерительную линейку. Держите вилку сцепления в нажатом состоянии и одновременно с этим измерьте расстояние между ней и краем рабочего цилиндра.
• Отпустите вилку и снова повторите измерение. Разница измеренных значений будет составлять величину зазора.
• Сравните вычисленное расстояние с паспортным значением и при необходимости произведите регулировку.
• Отыщите контргайку на резьбе толкателя и ослабьте ее.
• На том же конце должна быть регулировочная гайка. Вращайте ее винт в сторону рабочего цилиндра или в сторону вилки, соответственно увеличивая или уменьшая зазор регулировки сцепления. Добейтесь правильного расстояния и затяните контргайку.

Выполнив указанные процедуры, еще раз сделайте контрольные замеры. Если необходимо, осуществите повторную регулировку. Нажмите несколько раз на педаль сцепления и снова проверьте его работу.

Гидромуфты подразделяются на регулируемые и замкнутые.

Регулируемые гидромуфты предназначены, как правило, для относительно неглубокого (до 30-40%) регулирования частоты вращения ведомого вала привода. Наиболее экономичным такое регулирование является лишь для машин, у которых мощность нагрузки в процессе работы изменяется пропорционально кубу частоты вращения турбины, т.е. N₂=(i3) Nн (Nн- номинальная мощность при полной скорости и n₁=const.). К таким машинам относятся мощные (до15тыс.квт) центробежные насосы, турбогенераторы, вентиляторы. Менее экономичным регулирование с помощью гидромуфт является в случае, когда мощность изменяется пропорционально квадрату частоты вращения ,т.е. N₂=(i2) Nн. Максимальные потери мощности Nпот. в первом случае составляют Nпот.= 0,148 Nн при i=0,666, а во втором случае 0,25 Nн- при i=0,5. Для многих лопастных машин регулирование гидромуфтой имеет ряд преимуществ по сравнению с другими способами регулирования скорости.

Устройство сцепления автомобиля

По своей конструкции данная деталь представляет собой целую систему, состоящую из следующих элементов:

1. Маховик. На него вырабатывается весь крутящий момент мотора. К маховику подсоединяется корзина. Это одна из наиболее стойких к нагрузкам деталь.
2. Нажимной и ведомый диск сцепления. Данные детали тесно взаимосвязаны между собой. Нажимной диск сцепления может как соприкасаться, так и отпускаться от ведомого в зависимости от конкретного положения педали в салоне автомобиля.
3. Вилка выключения. Данная деталь при нажатии педали разжимает диски.
4. Первичный вал КПП. Это элемент, на который передается крутящий момент через сцепление автомобиля от ДВС.

Устройство гидравлического привода

При таком конструктивном решении усилие передаётся уже другим способом. Схема гидравлического привода не предполагает наличие троса, реализация механизма с данным типом управления немного сложнее и трос заменяет гидравлическая магистраль. Усилие передаётся посредством несжимаемой жидкости, проходящей по магистрали и поскольку гидропривод аналогичен тому, что применяется в тормозной системе, для работы используют ту же жидкость. Устройство сцепления с управлением с помощью гидравлического привода включает следующие элементы:

• Педаль.
• Главный цилиндр, состоящий из поршня с толкателем, резервуара для жидкости и уплотнительных манжет.
• Рабочий цилиндр имеет похожую конструкцию.
• Магистраль, соединяющая цилиндры.
• Бачок с жидкостью.
• Дополнительно цилиндры оснащаются клапанами для отвода воздуха из системы.

Принцип работы достаточно простой и схож с механическим вариантом управления, отличие только в методе передачи усилия. Когда автомобилист жмёт на ножной рычаг в салоне автомашины, поршень главного цилиндра приводится в движение, жидкость сжимается и под давлением перемещается по трубопроводу в рабочий цилиндр, толкая поршень, что задействует вилку выключения сцепления.

Гидравлический привод может быть также оборудован демпфирующим устройством с целью гашения колебаний от взаимодействия выжимного подшипника с деталями выключения сцепления. Пневматические или гидравлические усилители часто используются для грузового транспорта.

Поскольку механизм с гидравлическим приводом является более совершенным и сложным устройством, передающим усилие на дальнее расстояние с высоким КПД, стоимость его выше, при этом он отличается плавностью включения сцепления, что обусловлено сопротивлением перемещению жидкости в элементах конструкции. Среди преимуществ гидропривода также устойчивость к износу деталей, но и ремонт сложнее, чем в случае с механическим устройством.

Заключение

Механический и гидравлический приводы наделены своими особенностями функционирования, плюсами и минусами применения, при этом устройства этих типов обеспечивают комфорт управления транспортным средством. В легковых машинах жёсткость диафрагменной пружины нажимного диска небольшая, так что водителю не нужно прилагать больших усилий, но на грузовиках узел габаритнее, и чтобы привести в действие корзину, от водителя потребуется большее усилие, поэтому в конструкцию вводят усилители.

Разновидности привода сцепления

Зависимо от реализации передачи усилия различают несколько видов приводов, используемых соответственно типу сцепления, компоновке авто и принятым при конструировании техническим решениям по обеспечению управления.

На сегодняшний день основными типами привода являются:

• Механический.
• Гидравлический.

Есть ещё электрический привод, имеющий в составе электромотор, и комбинированные варианты, но они не получили массового распространения в современном автомобилестроении, потому далее речь пойдёт именно об основных разновидностях.

При условии отсутствия усилителя, усилие на ножной рычаг не должно быть более 150 Н для легкового транспорта и 250 Н для грузовиков, полный ход педали находиться в границах 120-190 мм, при этом общее передаточное число привода имеет значение 25-50. Если же управление сцеплением требует усилий больше допустимого, для упрощения задачи в конструкции используют пневматические и вакуумные усилители.

Легковой автомобиль чаще всего оснащается механизмом с гидравлическим типом привода, нередко с серво пружиной, или механическим тросовым приводом. Для малотоннажных грузовиков или транспорта средней грузоподъёмности также применяют механический и гидравлический типы приводов, а для крупнотоннажного транспорта (автомобили-тягачи, часто используемые для формирования автопоездов) устанавливается комбинированный – механический с пневмоусилителем или гидравлический с пневмоусилителем.

Некоторые особенности управления автомобилями со сцеплением и механической коробкой передач

• Сцепление следует выключать полностью, резко «в пол», включать плавно, в определённый момент водитель почувствует, что машина «потянула», следует зафиксировать педаль сцепления в моменте схватывания на некоторое время, немного увеличить обороты двигателя (или сделать это заранее) и продолжать плавно отпускать педаль сцепления.
• При движении вторую и последующие передачи включают, отпуская сцепление более быстро, но без «бросания».
• При манёврах (надо продвинуть машину на несколько сантиметров) сцепление полностью не отпускается, с пробуксовкой машина перемещается на малое расстояние, затем сцепление выключается (езда на точке схватывания).

Данные навыки приходят и подсознательно закрепляются со временем, в процессе управления автомобилем.

• Нельзя удерживать машину на подъёме за счёт пробуксовки сцепления, для этого существует стояночный тормоз.
• Запуск двигателя производится в нейтральном положении коробки передач, однако для полной уверенности следует при запуске выключать сцепление, затем плавно его включать. Это дополнительная гарантия того, что автомобиль случайно не придет в движение. На многих современных автомобилях пуск двигателя возможен только при выжатом сцеплении, для чего контролируется положение педали, и эта информация передаётся в электронный блок управления двигателем.
• В суровых зимних условиях моторное масло в двигателе и трансмиссионное масло в коробке передач настолько сильно загустевают, что стартер не может провернуть коленчатый вал вместе с первичным валом коробки, находящейся на «нейтрали». В таком случае двигатель запускают с выключенным сцеплением, а после небольшого прогрева, когда двигатель начнёт работать более-менее устойчиво, плавно пытаются включить сцепление. Если двигатель при этом попытается «заглохнуть» — продолжают прогрев до устойчивой работы.
• Недопустима езда с прижатой педалью сцепления, это вызывает пробуксовку, перегрев и повышенный износ сцепления. Левая нога должна находиться рядом с педалью.
• Тем не менее, при спортивном и экстремальном вождении допускается езда с пробуксовкой сцепления. Например, автомобиль на первой передаче движется по грязи или по глубокому снегу. Сопротивление движению настолько велико, что двигатель снижает обороты (и крутящий момент) вплоть до полной остановки. Водитель может кратковременно поднять обороты, вызвав пробуксовку сцепления.
• При ремонте сцепления (сборка корзины) трудности возникают при центрировании ведомого диска, для облегчения данной задачи центрирование проводится на старом первичном валу коробки передач или вытачивается приспособление — ремонтный фальшвал.

Диагностика сцепления в домашних условиях

Чаще всего при поломке слышны характерные звуки. Для этого давим пару раз на педаль сцепления и внимательно слушаем. Если появляются посторонние звуки, к примеру, такие как скрип, стук или подобное, то стоит понять, откуда они идут и устранить их. При нажатии на педаль, она должна идти свободно, без рывков и задержек. Расстояние от пола до педали при включенном или выключенном состоянии не должна превышать 145 миллиметров.

Встречаются еще поломки во время езды, а именно когда переключаете передачу. Если тяжело включить передачу и при включении появляются нестандартный хруст, шум и другие звуки, то не стоит затягивать. Так же при включении передачи и нажатии на газ машина не так резва, как обычно, начинает плавно набирать ход, при этом мотор работает на максимум. Это первый признак поломки диска сцепления.