Устройство и принцип работы механизма сцепления автомобиля

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.

Сцепление, работающее в масляной ванне

Одноцилиндровый карбюраторный двухтактный двигатель, установленный на мотоцикле «Pannonia» (Венгрия)1 — воздушный фильтр2 — карбюратор 3 — цилиндр двигателя4 — головка цилиндра5 — выпускная труба6 — картер кривошипно-шатунного механизма7 — крышка механизма сцепления8 — картер коробки передач

На мотоциклах с поперечным расположением двигателя обычно применяется сцепление, работающее в масляной ванне.

Это вызвано тем, что мотоциклетные двигатели (как двухтактные, так и четырёхтактные) имеют общий картер для двигателя и коробки передач. Детали сцепления совмещены с моторной передачей и системой запуска двигателя, смазываются моторным маслом, которое должно обладать особыми свойствами.

Также многодисковые сцепления в масляной ванне широко применялись на автомобиля начала XX века, но впоследствии на них вышли из употребления.

Фрикционы автоматической коробки передач являются по сути многодисковыми сцеплениями, работающими в масляной ванне.

Устройство мотоциклетного сцепления

На заднем (левом) конце коленвала находится ведущая (малая) звёздочка, соединённая цепной передачей (передняя передача или моторная передача) с ведущим (наружным) барабаном сцепления. Ведущий (наружный) барабан сцепления свободно вращается на первичном валу коробки передач и является одновременно большой (ведомой) звёздочкой моторной цепной передачи; также на ведущем барабане находится храповик пускового устройства (педали кикстартера). Ведомый (внутренний) барабан сцепления установлен на том же первичном валу КПП подвижно на шлицах и закреплён гайкой. В барабанах находится пакет из дисков сцепления — ведомых и ведущих. Например, на мотоцикле Иж Планета-5 стоит пакет: шесть ведущих и семь ведомых дисков . Ведущие диски связаны с наружным барабаном с помощью выступов, входящих в пазы. Ведомые диски с зубцами на внутренней окружности и связаны этими зубцами с ведомым (внутренним) барабаном. Собирается пакет следующим образом: во внутренний барабан устанавливается опорный ведомый диск, за ним ведущий, потом снова ведомый… Последним ставится нажимной диск, который притягивается к ведомому барабану цилиндрическими пружинами. Фрикционные накладки наклеены на ведущие диски и сделаны из пробки или специальной пластмассы. Феродо работать в масляной среде не может, замасливание автомобильного сцепления является одной из его неисправностей, пробка или пластмасса, в свою очередь, не может работать в условиях сухого трения (моментально сгорит). Плавное включение сцепления происходит благодаря тому, что пары ведущих и ведомых дисков, разделённые слоем масла, одновременно не «схватываются».

Механизм выключения мотоциклетного сцепления

Первичный вал коробки передач полый, через него проходит толкающий шток, передающий усилие посредством троса в гибкой оболочке от рычага на руле мотоцикла. Усилие от троса преобразуется червячным или рычажным механизмом. Шток заканчивается твердосплавным шариком (это и есть выжимной подшипник), далее усилие передаётся на грибок, отводящий нажимной диск, после чего пакет дисков сцепления разводится и крутящий момент не передаётся.

Что такое сцепление?

Сцепление (или как его еще называют «фрикционная муфта») ― это механизм автомобиля, который соединяет двигатель с трансмиссией и время от времени дает возможность рассоединять их при переключении передачи, торможения или же во время остановки. Основное задание сцепления ― это фрикционное взаимодействие дисков, которые располагаются на обоих валах.

Еще одной функцией, которую исполняет сцепление ― это возможность плавно трогать с места автомобиль. Постольку поскольку вал двигателя вращается, а вал трансмиссии пребывает в фиксированном неподвижном положении, начало движения машины без сцепления невозможно, так как оно помогает валам плавно притереться друг к другу, и в то же время обеспечивает плавное ускорение оборотов, которое обеспечивают валы, и наконец-то привести в движение автомобиль.

Если же случайно (или не случайно) слишком быстро и резко рассоединить те двое валов, то неподвижный вал трансмиссии заклинит вращающийся вал двигателя и Ваш автомобиль просто-напросто заглохнет (в лучшем случае), или же в механизме сцепления будут поломки, на которые понадобятся немалые материальные затраты. В основном, на современных автомобилях устанавливается механические сцепления.

ПРИВОД ВЫКЛЮЧЕНИЯ СЦЕПЛЕНИЯ

Дальнейшее изучение автомобиля невозможно без понимания термина — привод. Попробуем с ним разобраться.

Когда в автомобиле надо передать усилие, допустим от водителя к некому механизму, то могут возникнуть проблемы. Для того чтобы автомобиль исправно работал, а водитель находился на своем месте, существует привод механизмов.

Представьте ситуацию, когда вам необходимо постоянно что-то закрывать и открывать, а сами вы передвигаться не можете. Для передачи усилия на расстоянии по «открыванию» и «закрыванию» двери, вам придется применить палку или дистанционное управление. Пусть это будет палка, привязанная веревками одним концом к вашей руке, а другим к ручке двери. В этом случае, палка с веревками будут являться «приводом», который передаст усилие на расстоянии.

В автомобиле каждый механизм имеет свой привод, посредством которого он приводится в действие. Привод может состоять из большого количества отдельных узлов и деталей, может быть механическим, гидравлическим.

Привод выключения сцепления (гидравлического типа)

• педали,
• главного цилиндра,
• рабочего цилиндра,
• вилки выключения сцепления,
• нажимного подшипника,
• трубопроводов.

При нажатии на педаль сцепления, усилие ноги водителя, через шток и поршень, передается жидкости, которая передает давление от поршня главного цилиндра на поршень рабочего. Далее шток рабочего цилиндра перемещает вилку выключения сцепления и нажимной подшипник, который передает усилие на механизм сцепления. Когда водитель отпустит педаль, то под воздействием возвратных пружин все детали привода займут исходные позиции.

В гидравлическом приводе сцепления применяется тормозная жидкость. Перед тем как заливать ее в бачок привода, стоит прочитать, что написано на этикетке. А разрешается ли ее смешивать с жидкостью, которая уже залита в гидроприводе сцепления автомобиля? Как правило, ответ бывает положительным, но существуют жидкости, которые не подлежат смешиванию.

На переднеприводных автомобилях используется механический привод, где педаль сцепления связана с вилкой выключения с помощью металлического троса.

Из чего состоит сцепление

Чтоб не ломать сцепление, нужно знать не только как оно работает поверхностно и какие его функции, но и с каких деталей оно состоит. К основным составляющим частям относят ведомую и ведущую части, механизм отключения и нажимную систему.

Момент вращения двигателя передается от маховика на детали ведущей части, последние в свою очередь передают крутящий момент на ведущий вал КПП. Момент трения обеспечивается благодаря нажимному механизму, который благодаря плотному сцеплению ведомой и ведущей части, дает долгожданный результат движения.

Немаловажным считается выключение сцепления. Так один диск, на котором расположены периферическим образом пружины, расположено в чугунном картере, тот в свою очередь располагается в блок-картере двигателя.

В ведущую часть входит кожух сцепления и маховик, последний в свою очередь крепится к маховику коленчатого вала за счет шести специальных болтов. Нажимной диск размещается в средней части кожуха. Вращающий момент нажимного диска передается от маховика через три выступления, которые имеются в диске и входят в окна кожуха. Ведомый диск, ступица, ведущий вал коробки смены передач являются основными и обязательными составными ведомой части сцепления.

По обе стороны ведомого диска размещены фрикционные накладки, изготовлены из медно-асбестового состава (или же иного металлоасбестового состава), которые выдерживают необычайно высокую температуру и известны своими фрикционными свойствами. Со ступицей ведомый диск соединен заклепками либо же через пружины. Эти пружины являются составной частью пружинно-фрикционного гасителя вращающихся колебаний (то есть демпфера)

МЕХАНИЗМ СЦЕПЛЕНИЯ

Механизм сцепления представляет собой устройство, в котором происходит передача крутящего момента за счет работы сил трения. Механизм сцепления позволяет кратковременно разъединять двигатель и коробку передач, а затем плавно их соединять. Элементы механизма заключены в картер сцепления, который крепится к картеру двигателя.

Механизм сцепления состоит из:

• картера и кожуха,
• ведущего диска (которым является маховик двигателя),
• нажимного диска с пружинами,
• ведомого диска с износостойкими накладками.

Ведомый диск постоянно прижат к маховику нажимным диском под воздействием сильных пружин. За счет огромных сил трения между маховиком, ведомым и нажимным дисками, все это вместе вращается при работе двигателя. Но только тогда, когда водитель не трогает педаль сцепления, независимо от того едет ли или стоит на месте автомобиль.

Для начала движения машины, необходимо прижать ведомый диск, связанный с ведущими колесами к вращающемуся маховику, то есть — включить сцепление. И это сложная задача, так как угловая скорость вращения маховика составляет 20 — 25 оборотов в секунду, а скорость вращения ведущих колес – ноль.

На первом этапе работы по включению сцепления — приотпускаем педаль, т.е. даем возможность пружинам нажимного диска подвести ведомый диск к маховику до их легкого соприкосновения. За счет сил трения диск, проскальзывая некоторое время относительно маховика, тоже начнет вращаться, а автомобиль потихоньку ползти.

На втором этапе – удерживаем ведомый диск от какого-либо перемещения, т.е. на две — три секунды удерживаем педаль сцепления в средней позиции для того, чтобы скорость вращения маховика и диска уравнялись. Машина при этом увеличивает скорость движения.

На третьем этапе — маховик вместе с нажимным и ведомым дисками уже вращаются вместе без проскальзывания и с одинаковой скоростью, 100%-но передавая крутящий момент к коробке передач и далее на ведущие колеса автомобиля. Это соответствует состоянию механизма сцепления – включено, автомобиль едет. Теперь остается только полностью отпустить педаль сцепления и убрать с нее ногу.

Если при начале движения педаль сцепления резко бросить, то автомобиль «прыгнет» вперед, а двигатель заглохнет.

Для выключения сцепления водитель нажимает на педаль, при этом нажимной диск отходит от маховика и освобождает ведомый диск, прерывая передачу крутящего момента от двигателя к коробке передач. Нажимать на педаль сцепления следует достаточно быстрым, но не резким, спокойным движением до конца хода педали.

освоив работу с педалью сцепления в три этапа

Предназначение

Какие функции выполняет сцепление автомобиля? Прежде всего, данный узел необходим для плавного трогания автомобиля с места, о чем мы сказали в начале статьи. Если мотор с коробкой соединены жестко, то после включения передачи машина резко дергается вперед, так как на коробку передается сразу вся мощность от двигателя. Неправильное использование сцепления вызывает механическое повреждение деталей, а также приводит к частой остановке двигателя при трогании с места.

Благодаря работе сцепления, а именно скольжению ведущего и ведомого дисков, крутящий момент увеличивается постепенно. Движущие усилия возрастают не сразу, а потому машина трогается очень плавно и мягко.

Также коробка сцепления необходима для легкого переключения передач во время движения транспортного средства. Когда автомобиль едет с определенной скоростью, которая стабильно растет или уменьшается, возникает необходимость в переходе на повышенную или пониженную передачу, чему способствует своевременное разъединение валов узла между трансмиссией и двигателем. В противном случае для переключения передачи требовались бы более высокие усилия, что в дальнейшем спровоцировало бы быстрый износ КПП и других его механизмов. В частности, при принудительном переводе скорости повышается нагрузка на зубья шестерен. Таким образом, сцепление также выполняет функцию уменьшения нагрузки, которая действует на поверхность деталей КПП, что облегчает переход с одной передачи на другую. При этом коробка передач (фото данного механизма представлено ниже) терпит минимальные нагрузки от двигателя. А это значительно повышает срок службы деталей КПП, цена которых порой слишком велика.

Кроме того, работа сцепления направлена на уменьшение уровня нагрузок, действующих на КПП во время экстренного торможения автомобиля. Когда машина резко снижает скорость, момент вращения ее колес значительно уменьшается. Но поскольку трансмиссия в это время соединена с мотором, она обладает инерцией вращения и сохраняет прежнюю частоту оборотов. Это может привести к значительному повреждению ее деталей. Сама защита от перегрузок осуществляется проскальзыванием ведомых и ведущих дисков. В таком случае момент вращения стабилизируется максимально.

Виды АКПП и их отличие друг от друга

Принцип работы всех видов АКПП сводится к перемене передаточного числа, которая обеспечивает преобразование мощности двигателя. Производители современных машин устанавливают трансмиссию таким образом, чтобы потенциал можно было использовать полностью. За счёт работы коробки передач, усилие передаётся от мотора к колёсам автомобиля с самыми маленькими потерями. Достигается это за счёт отсутствия разрыва сцепления.

Работа коробки запускается сразу после пуска мотора. В движение приходит маслонасос, нагнетающий давление жидкости. Колесо гидротрансформатора раскручивается в соответствии со скоростью вращения коленвала. Реакторные и турбинные остаются неподвижными.

Водитель за счёт нажима на педаль газа переключает передачи. Двигатель при этом раскручивается, провоцируя на движение насосное колесо. От лопастей под влиянием центробежной силы моторное масло переходит к турбине, обеспечивается вращение. Жидкость в результате переходит обратно к насосному колесу.

В отдельных коробках передач, при скорости 20-60 км/ч происходит автоматическая блокировка гидротрансформатора муфтой. Автомат при этом жёстко сцепляется с мотором, потому потеря мощности не прослеживается. Интересно, что при эксплуатации в таких условиях, масло быстрее приходит в негодность из-за перегрева и износа фрикционной накладки. Крутящий момент от двигателя переходит по выходному валу в АКПП.

Автоматическая система занимает передовое место среди числа всех известных вариантов. Новые системы постоянно разрабатываются и совершенствуются. Из общих списков можно выделить вариаторные, роботизированные и классические типы.

Классическая автоматическая коробка передач

Гидротрансформаторный модуль популярен до сих пор, несмотря на наличие других, более совершенных вариантов. Такая трансмиссия используется и сейчас. Её устанавливают на авто, сходящие с конвейера.

Стандартная АКПП

Коробка автомат включает планетарный редуктор, управляющую систему и гидравлический трансформатор. Последний элемент механизма является самым значимым, отсюда и название конструкции. Модуль активно используют на легковых и грузовых транспортных средствах.

Кому подойдёт автомобиль с АКПП сказать довольно трудно. Управлять автоматом после механики бывает достаточно сложно. Многим владельцам, несмотря на видимое упрощение режима эксплуатации, бывает тяжело перестроиться.

Роботизированная

Роботизированная коробка является достойной и более современной альтернативой для классического варианта АКПП. Переключение скоростей в ней обеспечивается за счёт взаимосвязи электрических механизмов, проявляющих активность за счёт электронного блока. Главное сходство этой системы с классической – наличие сцепления в корпусе КПП.

Роботизированная АКПП

Вариатор

Это устройство плановой бесступенчатой передачи, обеспечивающее передачу крутящего момента на колёса. Такая конструкция производит уменьшенный расход топлива при условии сохранения или приумножения динамических показателей.

Вариатор

При правильном использовании, вариатор помогает бережно эксплуатировать мотор транспортного средства. Модуль бывает цепным, ремённым, тороидальным.

Отличная статья в тему: Вариатор или автомат: что лучше и надежнее, плюсы и минусы, чем отличаются коробки передач, в чем разница

DSG

DSG это тоже роботизированная система, обеспечивающая автоматическое включение первой и второй скорости, при разомкнутости сцепления. Так модуль начинает подготовку ко включению повышенной передачи. При переключении сцепление первой ступени размыкается, а второй смыкается, действие происходит и в обратном порядке.

DSG-7

Сходство с механикой в том, что синхронизаторы способны переключать скорость при блокировки шестерни. Работа муфт обеспечивается с помощью движения цилиндров. Сцепление работает за счёт гидропривода.

Многовальные коробки прямого переключения

Такие коробки передач используют в спорткарах. Например, в Koenigsegg Jesko применяют КПП с 3-мя валами, 9 передачами и 7-ю фрикционами. Автомобиль моментально может переходить в спортивный режим, так и в экономичный городской. Регулируется это при помощи кнопки: полунажатие левой кнопки снижает передачу, полное нажатие – включает спортивный режим. Если полунажать на правую – передача повысится, если нажать до конца – включится экономичный режим.

А в некоторых спортивных Mercedes есть АКПП со сцеплением, который по стиля езды похож на вышеуказанный, но имеющий совсем другие внутренние составляющие.

Трехвальная 6-ступенчатая коробка передач Mercedes-Benz C-class sport coupe

Устройство автомобилей



Привод сцепления служит для дистанционного управления сцеплением. Наибольшее распространение получили механический и гидравлический приводы.

Применение на автомобиле того или иного привода определяется типом сцепления, компоновкой автомобиля и рядом требований по обеспечению легкости и удобства управления. Так, полный ход педали сцеплении не должен превышать 190 мм, а усилие на педали – 150 Н для легкового автомобиля и 250 Н для грузового автомобиля. Поэтому общее передаточное число в существующих конструкциях привода сцепления находится в пределах от 25 до 50. В случае, если для обеспечения работы сцепления необходимо более высокое передаточное число, применяют усилители разных типов.

***

Механический привод сцепления

Механический привод сцепления прост по конструкции и надежен в эксплуатации, но обладает меньшим КПД по сравнению с гидравлическим приводом, поскольку в шарнирных сочленениях составляющих привод тяг, рычагов, в оболочках гибких валов теряется много энергии из-за сил трения. Поэтому такой тип привода применяется, как правило, если сцепление находится вблизи от органов управления (педали сцепления).

Существуют тросовый и рычажный механические приводы сцепления.

Тросовый привод (рис. 1, а) применяется на легковых переднеприводных автомобилях. Педаль 14 имеет верхнюю опору на кронштейне 16 и соединена с наконечником 10 троса. Трос заключен в оболочку 1, имеющую два наконечника. Верхний наконечник 12 оболочки выведен в салон автомобиля и упирается в упорную пластину 11, а нижний наконечник 2 оболочки закреплен в кронштейне 3 на картере сцепления. Нижний наконечник 5 троса через поводок 8 соединен с рычагом 9 вилки выключения сцепления. Регулировка хода педали осуществляется шайбами 6.

При нажатии на педаль сцепления трос перемещается внутри оболочки и перемещает рычаг вилки выключения сцепления, которая в дальнейшем воздействует на муфту выключения сцепления.



Рычажный привод грузового автомобиля (рис. 1, б) обеспечивает передачу усилия на сцепление при его выключении следующим образом. При воздействии на педаль 14, закрепленную на валу 20, поворачивается рычаг 18, связанный с противоположным концом вала. Рычаг вала перемещает прикрепленную к нему на оси тягу 19, которая связана с рычагом 17 вилки выключения сцепления. Вместе с вилкой перемещается прижатая к ней с помощью пружины муфта выключения сцепления. После выбора зазора между подшипником выключения сцепления и рычагами начнется выключение сцепления.

Зазор в сцеплении должен быть равен 3…4 мм, что соответствует 35…50 мм свободного хода педали сцепления. Регулировка зазора осуществляется изменением длины тяги 19 (рис. 1) с помощью регулировочной гайки 22. Отсутствие зазора или его недостаточная величина в приводе такой конструкции может привести к неполному включению сцепления и, как следствие, к пробуксовке сцепления. Увеличение зазора больше нормы приводит к неполному выключению сцепления, в результате чего возникает шум и треск зубчатых колес при переключении передач.

***