Что такое сцепление: принцип работы, устройство

Все современные транспортные средства, снабженные двигателями внутреннего сгорания, имеют сходную принципиальную кинематическую схему. Крутящий момент передается от мотора к КПП и далее через дифференциальный редуктор к колёсным приводам. Чтобы вал ДВС мог вращаться, когда машина не движется, между ним и трансмиссией находится механизм сцепления автомобиля. Что это такое, как работает, из чего состоит, какие бывают разновидности – вопросы, которые будут более или менее подробно рассмотрены в следующих разделах.

Устройство и принцип работы сцепления в машине

Движение автотранспорта включает периодические ускорения, торможения и остановки. На всех стадиях, движется автомобиль или стоит, мотор работает, не останавливаясь. Для этого он должен иметь возможность разъединяться с трансмиссией, а значит содержать некое приспособление, способное сцеплять и расцеплять коленвал с коробкой передач. Отсюда оно и получило своё название. Аналогичные механизмы присутствуют не только на колёсной, но и на гусеничной технике. Но там оно именуется, а движущее усилие передается трением.

Из чего состоит сцепление автомобиля и как оно устроено

Схема размыкания включает два диска:

• Ведомый, жёстко связанный с входным валом КПП.

• Ведущий или нажимной, закреплённый на маховике, который в свою очередь неподвижно соединён с коленвалом. На водительском и ремонтном жаргоне он часто называется корзиной.

Во включенном или сцепленном состоянии приводной зажат между ним и приводящим. В выключенном – трансмиссия отсоединена, двигатель вращается вхолостую. Система приводится нажимным или подвесным подшипником.

Виды и принцип действия сцепления автомобиля

Все разновидности можно разделить по конструктивным особенностям на:

• однодисковые;

• многодисковые.

По условиям работы на:

• сухие;

• мокрые.

Каждая из перечисленных схем имеет свою область и технические обоснования применения.

Для лучшего понимания необходимости использования конструкций с одним или несколькими дисками предлагается обратиться к школьному курсу физики. Приведем один небольшой пример несложных расчётов.

Передаваемый трансмиссии крутящий момент равен произведению силы трения на расстояние до точки её приложения - центра вращения:

Мкр= Fтр*R.

Иными словами, на радиус фрикционной накладки. Чем мощнее мотор, тем больше должны быть размеры механизма сцепления. Для тяжёлых грузовиков, джипов, колесной и гусеничной техники, работающих в сложных дорожных условиях рационально вместо чрезмерного завышения диаметра ведущих и ведомых дисков увеличить их количество.

Грамотно подбирая параметры, можно добиться компактности и требуемых эксплуатационных показателей силового агрегата.

Мокрое, находящееся в масляной ванне, распространено в многодисковых конструкциях, когда коробка передач и фрикционные накладки целесообразно располагать в одном объёме. Такая схема используется в основном в мотоциклах.

Ещё одна область использования смазываемых фрикционов – гусеничный транспорт. Но в этом случае крутящий момент передаётся не трением. Ведущая и ведомая части имеют полукруглые углубления, заполняемые стальными шариками. Допускаемое усилие определяется глубиной впадин и прочностью конструкционных материалов.

Приведение в действие

Механизмы привода сцепления бывают гидравлические и тросовые. Первые состоят из главного и рабочего гидроцилиндров, соединяющих трубопроводов и вилки включения, представляющей собой двуплечий рычаг. Водитель, желая разъединить двигатель с трансмиссией, нажимает на педаль. Та, воздействуя на поршень, создает давление жидкости на шток исполнительного и далее через рычаг выключения на выжимной подшипник и далее на диск. Учитывая очень низкую скорость течения и, соответственно, практически полное отсутствие гидросопротивления, напор передаётся без потерь.

В соответствии с известным из того же курса общей физики «золотым правилом механики» выигрыш в силе прямо пропорционален проигрышу в расстоянии и наоборот. Изменяя соотношение величины диаметров главного и рабочего цилиндров, можно существенно увеличивать или уменьшать усилие нажатия ноги водителя на педаль.

Второй точно так же передаёт шоферское движение к нажимному диску. Но передаточным звеном теперь служит трос. Чтобы не усложнять кинематическую схему множеством задающих положение шкивов и, в то же время, иметь доступ в нужную точку, в качестве направляющей используют гибкий металлический шланг. Он гнётся с определённым радиусом в любом направлении, но сохраняет изначально заданную длину.

Как работает сцепление можно посмотреть на видео:

Каждый вариант привода обладает своими плюсами и минусами.

Достоинства гидропривода

• Возможность протянуть трубопровод в любое удобное место;

• Можно увеличивать и уменьшать передаваемое усилие, изменяя соотношение диаметров главного и рабочего цилиндров.

Недостаток

• При негерметичности уплотнений и утечке жидкости механизм отказывает сразу. Размыкание становится невозможным.

• Ремонт сопряжён с разборкой и заменой резиновых манжет. Чтобы устранить дефект и продолжить движение с переключением передач требуется наличие в багажнике машины комплекта инструмента и слесарные навыки.

Достоинства тросового привода

• Простая конструкция.

• Отказы, связанные с вытягиванием троса, всегда проявляются постепенно, что позволяет в плановом порядке ликвидировать неисправность в условиях автосервиса.

Недостатки

• Необходимость прокладывать трассу с учётом допустимых радиусов изгибы гибкого шланга. Этот вопрос решается конструктором и не касается владельца автомобиля.

• В случае попадания грязи внутрь сопротивление скольжению увеличивается, выключение сцепления требует больших усилий.

В гусеничном транспорте (трактора, экскаваторы, танки) привод фрикционов также лишён гидравлических элементов. Но вместо гибкого троса используются жёсткие тяги из металлических прутков. Это несколько усложняет кинематическую схему, но практически исключает возможность растяжения и других деформаций, многократно повышая надёжность. Для регулировки хода на тягах располагаются резьбовые муфты, позволяющие производить наладку зачастую прямо с места водителя или механика.

Прочие варианты конструкций сцепления авто

Кроме перечисленных есть иные, конструктивно более сложные автомобильные устройства разъединения двигателя с трансмиссией. Их появление связано с совершенствованием систем контроля над транспортными средствами, стремлением максимально исключить из этого процесса шофёра, облегчить его работу.

Одни из них представляют видоизменённые схемы традиционных механизмов, другие имеют принципиальные отличия.

Робот

Существует два вида автоматического управления переключением.

1. Отличается тем, что рычаг КПП заменён сервоприводами перемены передач и размыкания. В остальном конструкция идентична вышеописанной. Основной недостаток - в медлительности исполнительных устройств и заметных рывках при активной езде. Исправить существующие недочёты предпринята попытка в реализации в коробках DSG у Фольксвагена и Powershift у Форда кардинально новой идеи с двумя сцеплениями. Оба механизма смыкания находятся на одной оси вращения (первичном валу) и действуют попеременно, тем самым многократно сокращая время, в течение которого трансмиссия бывает полностью разомкнута.

2. Конструкция гидромеханической КПП принципиально отличается от традиционной. В ней нет дисков, как таковых. Передача крутящего момента от двигателя осуществляется потоком жидкости, направляемой лопастями ведущего (насосного) колеса на лопатки ведомого.

Основные неисправности

Выяснив для чего нужно, как устроено и как работает сцепление авто, можно перейти к перечню поломок и способам их устранения.

Износ фрикционных накладок

Наиболее распространённая неисправность. В процессе эксплуатации уменьшается толщина деталей, и по достижении критической величины проявляет себя пробуксовкой – при увеличении оборотов двигателя скорость автомобиля не растёт.

На старых машинах была возможность ручной регулировки зазоров в приводе. На новых эта операция выполняется автоматически. Визуальный контроль состояния на большинстве моделей не предусмотрен.

При появлении дефекта требуется новая деталь. Хотя у корзины обычно отсутствуют признаки существенного износа, предприятия-изготовители предписывают замену механизма полностью. В запчасти поступает комплект, включающий ведущий и ведомый диски и иногда имитация первичного вала для их центрирования.

Поломка или выработка выжимного подшипника

Гипотетически возможна, но встречается редко. Как правило, они намного перехаживают феродо, поэтому проблемы с ними могут быть только при заводском браке.

У гидравлического привода с течением времени изнашиваются резиновые манжеты главного и рабочего цилиндров. Метод ремонта один – замена с последующей прокачкой гидросистемы с целью удаления из неё пузырьков воздуха. Работа производится на подъёмнике или осмотровой канаве. В крайнем случае можно поддомкратить автомобиль, подложив под колесо один или несколько кирпичей. Под остальные подставить противооткатные упоры!

Тросовый чаще всего проявляет себя вытягиванием гибкой связи или попаданием грязи внутрь металлорукава. Изношенные элементы надо обновить. Загрязнения удалить, проверить и при необходимости восстановить исправность уплотнений.

После детального разбора темы назначения сцепления авто, как оно устроено и из чего состоит, можно сделать небольшой экскурс в историю.

В прежние времена в связи с неизвестным ныне дефицитом запасных частей гаражные умельцы без посторонней помощи переклёпывали фрикционные накладки. А уж заменить отслужившие детали мог любой уважающий себя водитель. Прокачка гидропривода делалась в любых условиях. Требовался только напарник, чтобы открывать и закрывать золотник выпуска жидкости из рабочего цилиндра. Хотя отдельные мастера проделывали всю работу в одиночку. Это не вызывало удивления, а было скорее нормой – автомобили на заводе комплектовались набором инструментов позволяющим, по словам иностранцев, самостоятельно сделать капитальный ремонт прямо в дороге.