Из чего состоит и как работает сцепление автомобиля?

Приветствую всех! Сегодня говорим про принцип работы сцепления. Согласитесь, что это крайне важный механизм практически для любого транспортного средства. Ведь сцепление предусмотрено в конструкции мотоцикла, мопеда, , на автомобиле как типа ВАЗ, МАЗ и КАМАЗ, так и на современных легковых, спортивных машинах.

То есть это устройство считается одним из ключевых. Мы конкретно обсудим систему сцепления (СС) на автомобиле. Потому узнаем, что чего нужно такое устройство как сцепление, какие бывают виды, какую речь здесь играет выжимной подшипник и не только.

Многие знают про сцепление только то, что это специальная педаль на полу со стороны водителя, которая соседничает с педалями газа и тормоза. На машинах с АКПП педаль отсутствует, но вот само сцепление все равно выполняет свое назначение, пусть и без непосредственного участия водителя.

Как правильно пользоваться сцеплением на автомобиле

На практике работа со сцеплением автомобиля в основном выражается в выработке навыка правильного трогания с места, особенно на подъеме. При оживленном городском движении умелая работа с педалью позволит автомобилю двигаться плавно и не заглохнуть при резком торможении.

При начале движения, нужно, отпуская педаль сцепления, уловить момент соприкосновения дисков, уравновесить скорости их вращения, и дальше плавно отпустить педаль. Ориентир – число оборотов двигателя. Если двигатель работает равномерно, значит, сцепление включается правильно.

Сцеплением следует пользоваться лишь при старте, переключении передач и при остановке автомобиля. Выполнение этого требования продлит срок его службы.

• Резкое или, наоборот, замедленное отпускание педали сцепления при старте приводит к ускоренному износу рабочей поверхности дисков.
• Остановка на светофоре при нажатой педали и включенной передаче не лучшим образом скажется на работе нажимных пружин, подшипника и вилки выключения.

Две главные неисправности механизма сцепления – это недостаточно плотное соприкосновение дисков и недостаточно полное их разъединение.

1. В первом случае сцепление пробуксовывает, а у автомобиля будет наблюдаться плохая динамика разгона. Обычно это является результатом износа ведомого диска, его фрикционных накладок.
2. Во втором случае в результате неполного разъединения дисков при включенной передаче и нажатой педали автомобиль пытается поехать.

Если эти неисправности не устраняются регулировкой привода, то необходим ремонт самого механизма в стационарных условиях.

Принцип действия механизма

В работе узла сцепления задействованы следующие основные детали:

• маховик, жестко закрепленный на коленчатом валу силового агрегата;
• 2 диска – нажимной и ведомый, составляющие фрикционный механизм;
• кожух;
• нажимные пружины;
• подшипник;
• диафрагменная пружина в виде концентрических рычагов;
• вилка;
• рабочий цилиндр гидравлического привода, срабатывающий при нажатии педали.

Примитивнейший механизм, который применялся в прошлом столетии, не включал гидроцилиндр, значительно облегчающий работу водителю. Вместо него стоял механический тросовой привод.

Ведущий диск (он же – корзина) прикручен к маховику болтами и вращается вместе с ним. Нормальное состояние сцепления, когда педаль находится в отжатом положении, – «подключено». То есть, коленчатый вал мотора и первичный коробки передач соединены посредством диска, придавленного к плоскости маховика пружиной. Когда вы нажимаете педаль, узел работает по такому алгоритму:

1. Через тормозную жидкость усилие передается гидроцилиндру, толкающему вилку.
2. Вилка надавливает на подшипник, а он толкает концентрические рычаги, чьи концы упираются в нажимной диск.
3. Концы рычагов отводятся назад и освобождают диск, в результате связь между валами разрывается, при этом вращающийся коленвал не крутит шестерни коробки.
4. Когда нужно тронуться с места, вы постепенно отпускаете педаль. Подшипник высвобождает рычаги, которые под воздействием пружин давят на диск. Последний прижимается к маховику фрикционной поверхностью и автомобиль плавно движется вперед.
5. Алгоритм повторяется при каждом переключении скоростей.

Чтобы сделать стыковку двигателя с трансмиссией более плавной, устройство сцепления предусматривает несколько демпферных пружин внутри ведомого диска. В момент касания фрикционных накладок поверхности маховика они сжимаются и дополнительно сглаживают передачу усилия мотора.

Проверка сцепления и признаки неисправности

Все неисправности сцепления можно отнести к нескольким категориям:

1. Проскальзывание сцепления.

Для проверки проскальзывания вам нужно тронуться на автомобиле, включить вторую передачу и резко до упора нажать педаль газа, автомобиль должен ровно ускоряться, обороты двигателя должны расти линейно, без резких повышений. Если вы нажимаете педаль газа, но происходит только повышение оборотов двигателя, а автомобиль не ускоряется — это означает, что сил трения между маховиком, ведомым диском и нажимным диском недостаточно, чтобы передать крутящий момент на первичный вал КПП. Если совсем просто, то эти детали недостаточно хорошо прилегают друг к другу.

1. Повышенный шум.

Для проверки сцепления на предмет повышенного шума, нужно завести автомобиль и на холостом ходу несколько раз плавно нажать педаль сцепления. Вы не должны услышать каких-либо шумов, которые появляются в момент работы педалью сцепления. Также, рекомендуется во время плавного движения на автомобиле, на разных скоростях произвести такую же проверку. Если совсем просто, вы не должны слышать шумов, которые возникают при работе педалью сцепления. Если все-таки вы слышите какие-либо шумы, то сцепление неисправно.

1. Затрудненное переключение передач.

Для проверки необходимо: на холостом ходу двигателя, нажать педаль сцепления и произвести включение всех передач, включая заднюю. Эту же проверку необходимо провести на автомобиле в движении. Передачи должны включаться четко, практически без усилий. При включении передач не должно наблюдаться треска или скрежета.

1. Большой свободный ход педали сцепления.

Попробуйте тронуться на автомобиле, обратите внимание, как долго вам приходится поднимать ногу вместе с педалью сцепления, прежде чем автомобиль начнет двигаться. Свободный ход должен быть в пределах 2-3 см. Если он больше, то требуется регулировка сцепления. Также, это может означать, что ведомый диск сцепления имеет большой износ, и может потребоваться скорая его замена.

Принцип работы

Принцип работы сцепления основан на жестком соединении ведомого диска сцепления и маховика двигателя за счет возникающей силы трения от усилия, которое создает диафрагменная пружина. Сцепление имеет два режима: «включено» и «выключено». Основное время работы ведомый диск прижат к маховику. Крутящий момент от маховика передаётся ведомому диску, а от него через шлицевое соединение на первичный вал коробки передач.

Схема работы диафрагменной пружины

Для выключения муфты водитель нажимает на педаль, которая соединена с вилкой механическим или гидравлическим приводом. Вилка перемещает выжимной подшипник, который, нажимая на концы лепестков диафрагменной пружины, прекращает её давление на нажимной диск, а он, в свою очередь, освобождает ведомый. В этот момент двигатель разъединен с трансмиссией.

После включения нужной передачи в коробке передач водитель отпускает педаль сцепления, вилка перестаёт воздействовать на выжимной подшипник, а тот на пружину. Нажимной диск прижимает ведомый к маховику. Двигатель соединен с трансмиссией.

Виды

Всего существует несколько видов систем сцепления, которые отличаются между собой некоторыми свойствами, особенностями конструкции и характеристиками.

Подробно расписывать про каждый вид сцепления не вижу смысла. Но вот коротко пройтись по разновидностям стоит:

• В зависимости от числа ведомых дисков, системы могут быть однодисковые или многодисковые. Причем первый тип, то есть однодисковое сцепление, является более распространенным. Хотя все чаще можно встретить такое понятие как двойное сцепление. Но пока это прерогатива дорогих автомобилей;
• По принципу работы классификация подразумевает разделение сцеплений на сухие и мокрые системы. Здесь по популярности превосходство на стороне сухого сцепления;
• В зависимости от принципа активации маховика, сцепление делится на механическое, самое популярное гидравлическое, более современное электрическое и комбинированное.

Замечу, что для обеспечения надлежащей передачи усилия от ноги водителя, давящей на педаль, на сцепление зачастую на современных автомобилях используют гидравлический тип привода. Помимо того, что здесь присутствует специальный трус, муфта и датчик, особую роль в работе СС играет главный цилиндр. Чаще всего неисправности такой гидравлической системы сцепления обусловлены дефицитом рабочей жидкости, либо же проникновением в нее воздуха.

Чтобы понять, с каким именно сцеплением вы имеете дело, просто загляните в руководство по эксплуатации. Там указан диск, особенности работы маховика, а также принцип воздействия на прижимные диски. Это и даст ответ на вопрос о том, какое же сцепление стоит на вашем транспортном средстве.

А мы двигаемся дальше и продолжаем изучать мое авторское мини-руководство для чайников. Рассмотрим составные компоненты СС, чтобы еще детальнее разобраться в устройстве. Ведь именно это является нашей задачей.

Мы отдельно и коротко поговорим про:

• нажимные элементы;
• педаль;
• привод;
• выжимные элементы;
• ведомый шкив.

Давайте узнаем, что чего нужно в конструкции гидравлического или иного сцепления использовать представленные компоненты.

Нажимные элементы

В простонародии такой специальный диск носит простое название корзина. Это особое устройство, имеющее округлую форму.

Пружины, предусмотренные в конструкции нажимного элемента, нужны для соединения с прижимными специальными площадками. Они, в свою очередь, также округлые по своей внешней форме.

Шкив

Форма ведущего шкива, как вы можете догадаться, также округлые. Конструктивно элемент состоит из:

• Шлицевой муфты;
• металлической основы диска;
• Углепластиковых накладок. Из делают на основе керамического прочного материала или не менее надежного кевлара. Устройства монтируются на основание диска с помощью крепежного элемента;
• Пружины. Это специальные толстые изделия, которые называют демпферными пружинами. Размещаются по периметру округлой основы. Их можно встретить вокруг муфты, помимо прочего. Основной задачей пружин является предотвращение возникновения вибраций.

Достаточно важный компонент, поскольку имеет непосредственное отношение к работе и правильному функционированию всей системы сцепления.

В случае выхода из строя в основном требуется замена. Компонент не самый дорогой, хотя ремонтные работы у новичков наверняка вызовут сложности.

Выжимные элементы

На самом деле это просто подшипник. Одна из сторон этого элемента используется как площадка, расположенная на первичном шкиве. Ее монтируют на специальный защитный кожух сцепного вала.

Стоит заметить, что первичные шкивы обычно немножко выступают из трансмиссии.

Выжимные компоненты автомобильного сцепления активно приводятся в действие тогда, когда водитель осуществляет нажатие на соответствующую оправу. В зависимости от принципа действия, эти подшипники делятся на оттягивающие и выжимные.

Привод

Для чего нужно сцепление, мы уже с вами разобрались. Также я успел отметить, что сцепление может иметь три разных типа привода. Но вот как они работают, я еще не рассказал.

• Гидравлические системы включают в себя пару цилиндров, один из которых главный, а второй рабочий. Они объединяются специальными патрубками, предназначенными для высокого давления. Когда педаль нажимается, активируется шток от главного цилиндра, на одной из сторон которого предусмотрен поршень. Последний выжимает рабочую жидкость, что позволяет создать давление, передаваемое на рабочий цилиндр. В итоге мы получаем движение штока рабочего сцепного цилиндра, воздействующего на выжимную вилку;
• При использовании электрического типа привода, давя на соответствующую педальку, включается специальный электромотор. Он имеет компактные размеры, но при этом играет ключевую роль. С помощью электромотора и соединенного с ним троса удается выжать сцепление;
• Механическая сцепная система самая простая в этом плане. Когда водитель своей ногой нажимает на педальку, возникает необходимое усилие. Оно передается на выжимную вилку СС при помощи специального троса. Тросик, в свою очередь, помещают в защитный кожух.

В плане ремонта именно механическое сцепление является наиболее дешевым. Но большинство автопроизводителей давно отказались от таких систем. Сейчас в приоритете гидравлический привод, а также электрический тип сцепления. А тут уже стоит вспомнить про особенности прокачки сцепления.

Представьте, что после включения 1-й передачи первичный вал коробки подключается к работающему двигателю напрямую. Гипотетические сценарии развития событий выглядят так:

• мотору не хватит усилия, чтобы справиться с приложенной полной нагрузкой, в результате чего он заглохнет;
• силовому агрегату хватит мощности на преодоление нагрузки, отчего последует сильный рывок машины вперед;
• если в этот момент прибавить оборотов нажатием педали газа, то крутящий момент коленчатого вала может переломать зубья шестерен коробки передач.

Как видите, среди перечисленных вариантов отсутствует плавное движение с места, происходящее на автомобилях в реальной жизни. Причина следующая: без сцепления нормально тронуться с места невозможно. Более того, вы даже первую скорость не включите – прямая стыковка двух валов даст вышеупомянутый рывок. Переключение на высшие передачи тоже исключается.

Отсюда вывод: встроенное между первичным валом коробки скоростей и коленвалом двигателя сцепление нужно для плавного подключения одного агрегата к другому. Благодаря ему сила крутящего момента передается трансмиссии не сразу, а постепенно.

Отпуская крайнюю слева педаль и трогаясь с места, вы чувствуете возрастающее усилие и при необходимости можете прибавить газу, чтобы автомобиль не заглох. Аналогично совершается переход на 2-ю и последующие скорости. В машинах с автоматической коробкой передач (АКПП) нет педали сцепления, поскольку узел – посредник действует без участия водителя – переключение производит гидравлический либо электрический привод.

Причины неисправности сцепления

Причины неисправности сцепления можно разделить на несколько категорий:

1. Износ пар трения в механизме сцепления.

Чаще всего изнашивается ведомый диск сцепления. Чуть реже изнашивается нажимной диск, который не может принимать крутящий момент от ведомого диска. Совсем редко изнашивается маховик двигателя.

Чаще всего износ пар трения в сцеплении вызван естественным износом в процессе эксплуатации автомобиля. В этом случае поможет только замена изношенных частей сцепления.

Чуть реже износ возникает из-за того, что пары трения не плотно прилегают друг к другу и из-за этого проскальзывают относительно друг друга во время движения автомобиля. Причиной этого может служить изношенная диафрагменная пружина, которая не создает достаточного усилия прижатия. В этом случае требуется замена корзины сцепления.

Также, причиной не плотного прилегания пар трения друг к другу может служить заклинивший выжимной подшипник, который не дает нажимному диску возвращаться в исходное положение. В этом случае требуется замена выжимного подшипника.

Совсем редко встречается ситуация, когда рабочий (или главный) цилиндры сцепления заклинивают и также не дают нажимному подшипнику возвращаться в исходное положение. В этом случае требуется замена главного (или рабочего) цилиндра сцепления.

При этой неисправности наблюдается проскальзывание сцепления, появляется неприятный запах жженных тормозных колодок. Автомобилю срочно требуется диагностика и ремонт.

1. Не герметичность системы привода сцепления.

На всех современных автомобилях усилие от нажатия на педаль сцепления передается к выжимному подшипнику при помощи гидравлической системы. В случае не герметичности гидравлической системы на выжимном подшипнике не создается достаточного усилия, чтобы нажать на диафрагменную пружину. В этом случае не происходит разъединения пар трения в сцеплении. Таким образом, первичный вал КПП все еще принимает крутящий момент от двигателя. В этом случае затруднено или невозможно переключение передач КПП. При попытке переключения передачи возможен треск и скрежет шестерен КПП.

При этой неисправности требуется диагностика гидравлической системы, восстановление ее герметичности или замена изношенных узлов – главный или рабочий цилиндр сцепления.

1. Не плавная работа педалью сцепления.

В том случае, когда вы не плавно отпускаете педаль сцепления, происходит слишком резкое соединение ведомого диска, нажимного диска и маховика. Из-за этого на ведомом диске сцепления возникают ударные нагрузки. Ведомый диск сцепления сам по себе достаточно хрупкий, и плохо переносит удары. От ударных нагрузок он начинает трескаться, а после и вовсе рассыпаться. Работайте педалью сцепления правильно, и вы обезопасите себя от этой неприятности.

Особенности керамического сцепления

Ресурс сцепления и эффективность его работы на пределе нагрузок зависит и от свойств материала, обеспечивающего зацепление дисков. Стандартный состав накладок дисков сцепления большинства автомобилей включает спрессованную смесь стеклянных и металлических волокон, смолы и каучука. Поскольку принцип работы сцепления базируется на силе трения, фрикционные накладки ведомого диска рассчитаны на работу при высоких температурах, доходящих до 300-400 градусов Цельсия.

Диск сцепления с керамическими фрикционными накладками

В мощных спортивных автомобилях нагрузки на сцепление намного превышают обычные нормы. Для некоторых трансмиссий может применяться керамическое и металлокерамическое сцепление. В состав материала таких накладок входит керамика и кевлар. Металлокерамический фрикционный материал менее подвержен износу и выдерживает нагрев до 600 градусов без потери рабочих качеств.

Производители используют различные конструкции муфты сцепления, оптимальные для определенного автомобиля, исходя из его назначения и стоимости. Сухое однодисковое сцепление остается достаточно эффективной и недорогой в изготовлении конструкцией. Данная схема широко применяется на легковых автомобилях бюджетного и среднего классов, а также на внедорожниках и грузовиках.