Сцепление автомобиля

Сцепление автомобиля

Сцеплением называется силовая муфта, в которой передача крутящего момента обеспечивается силами трения, гидродинамическими силами или электромагнитным полем. Такие муфты называются соответственно фрикционными, гидравлическими и электромагнитными.

Сцепление служит для временного разъединения двигателя и трансмиссии и плавного их соединения. Временное разъединение двигателя и трансмиссии необходимо при переключении передач, торможении и остановке автомобиля, а плавное соединение – после переключения передач и при трогании автомобиля с места. При движении автомобиля сцепление во включенном состоянии передает крутящий момент от двигателя к коробке передач и предохраняет механизмы трансмиссии от динамических нагрузок, возникающих в трансмиссии. Так, нагрузки в трансмиссии возрастают при резком торможении с двигателем, пре резком включении сцепления, неравномерной работе двигателя и резком снижении частоты вращения коленчатого вала, наезде колес на неровности дороги и т.д.

На автомобилях применяют различные типы сцеплений (схема 1).

Схема 1 – Типы сцеплений, классифицированных по различным признакам.

Все указанные сцепления, кроме центробежных, являются постоянно замкнутыми, т.е. постоянно включенными и выключаемыми водителем при переключении передач, торможении и остановке автомобиля.

На автомобилях наибольшее применение получили фрикционные сцепления. Однодисковые сцепления применяются на легковых автомобилях, автобусах и грузовых автомобилях малой и средней грузоподъемности, а иногда и большой грузоподъемности.

Двухдисковые сцепления устанавливают на грузовых автомобилях большой грузоподъемности и автобусах большой вместимости.

Многодисковые сцепления используются очень редко – только на автомобилях большой грузоподъемности.

Гидравлические сцепления, или гидромуфты, в качестве отдельного механизма на современных автомобилях не применяются. Ранее они использовались в трансмиссии автомобилей, но только совместно с последовательно установленным фрикционным сцеплением.

Электромагнитные сцепления имели некоторое применение на автомобилях, но широкого распространения не получили в связи со сложностью их конструкции.

Требования к сцеплениям

Одним из основных показателей сцепления является его способность к передаче крутящего момента. Для ее оценки используется понятие величины коэффициента запаса сцепления ß, определяемой следующим образом:

где М_СЦ – максимальный крутящий момент, который может передать сцепление,

М_max – максимальный крутящий момент двигателя.

Помимо общих требований, касающихся каждого узла автомобиля, к сцеплению предъявляется ряд специфических требований, среди которых:

1. Плавность включения. В эксплуатации она обеспечивается квалифицированным управлением, но некоторые элементы конструкции предназначены для повышения плавности включения сцепления даже при низкой квалификации водителя.
2. Чистота выключения. Абсолютное выключение, при котором крутящий момент на выходном вале сцепления равен нулю, труднодостижимо, но если момент, передаваемый выключенным сцеплением, достаточно мал и не мешает включать передачи, то можно считать, что такое сцепление выключено практически чисто.
3. Надежная передача крутящего момента при любых условиях эксплуатации. Слишком низкое значение коэффициента запаса приводит к увеличению времени буксования сцепления при трогании автомобиля (особенно в тяжелых эксплуатационных условиях), повышенному его нагреву и износу. Излишне большая величина коэффициента запаса сопровождается увеличением размеров и массы сцепления, повышением усилия, необходимого для управления им, и ухудшением предохранения трансмиссии и двигателя от перегрузок. Обычно значение коэффициента запаса сцепления составляют 1,4 – 1,7 для легковых и 1,5 – 2,0 для грузовых автомобилей, увеличиваясь до 2,3 на тяжелых тягачах.
4. Минимальная величина момента инерции ведомых частей. Нарушение этого требования не скажется на выполнении сцеплением своих функций, однако будет приводить к удлинению процесса переключения передач и снижению срока службы синхронизаторов коробки передач.
5. Удобство управления. Это общее для всех органов управления требование конкретизируется в виде требований к ходу педали и требуемому для ее нажатию усилию. Действующие в России ограничения в настоящее время составляют 150 Н усилия для автомобилей, имеющих усилители привода сцепления, и 250 Н для автомобилей без усилителей. Ход педали обычно не более 160 мм.

Типовое устройство сцепления — однодисковое, фрикционное

Фрикционным сцеплением называется дисковая муфта, в которой крутящий момент передается за счет силы сухого трения.

Широкое распространение на современных автомобилях получили однодисковые сухие сцепления. Однодисковым сцеплением называется фрикционная муфта, в которой для передачи крутящего момента применяется один ведомый диск.

Однодисковое сцепление (схема 2, а) состоит из ведущих и ведомых деталей, а также из деталей включения и выключения сцепления.

Схема 2 – Однодисковое фрикционное сцепление

а – включено; б – выключено; 1 – кожух; 2 – нажимной диск; 3 – маховик; 4 – ведомый диск; 5 – пластина; 6 – пружина; 7 – подшипник; 8 – педаль; 9 – вал; 10 – тяга; 11 – вилка; 12 – рычаг

Ведущими деталями являются маховик 3 двигателя, кожух 1 и нажимной диск 2, ведомыми – ведомый диск 4, деталями включения – пружины 6, деталями выключения – рычаги 12 и муфта с подшипником 7.

Кожух 1 прикреплен болтами к маховику. Нажимной диск 2 соединен с кожухом упругими пластинами 5. Это обеспечивает передачу крутящего момента от кожуха на нажимной диск и перемещение нажимного диска в осевом направлении при включении и выключении сцепления. Ведомый диск 4 установлен на шлицах первичного (ведущего) вала 9 коробки передач.

Сцепление имеет привод, в который входят педаль 8, тяга 10, вилка 11 и муфта с выжимным подшипником 7.

При отпущенной педали 8 сцепление включено, так как ведомый диск 4 прижат к маховику 3 нажимным диском 2 усилием пружин 6. Сцепление передает крутящий момент от ведущих деталей к ведомым через поверхности трения ведомого диска с маховиком и нажимным диском. При нажатии на педаль 8 (схема 2, б) сцепление выключается, так как муфта с выжимным подшипником 7 перемещается к маховику, поворачивает рычаги 12, которые отодвигают нажимной диск 2 от ведомого диска 4. В этом случает ведущие и ведомые детали сцепления разъединены, и сцепление не передает крутящий момент.

Однодисковые сцепления просты по конструкции, дешевы в изготовлении, надежны в работе, обеспечивают хороший отвод теплоты от трущихся поверхностей, чистоту выключения и плавность включения. Они удобны в обслуживании при эксплуатации и ремонте.

В однодисковых сцеплениях сжатие ведущих и ведомых деталей может производиться несколькими цилиндрическими пружинами, равномерно расположенными по периферии нажимного диска. Оно также может осуществляться одной диафрагменной пружиной или конической пружиной, установленной в центре нажимного диска.

Сцепление с периферийными пружинами несколько сложнее по конструкции (большое количество пружин). Кроме того, поломка одной из пружин в эксплуатации может быть не замечена, что приведет к повышенному износу сцепления.

Сцепление с одной центральной пружиной проще по конструкции и надежнее в эксплуатации. При центральной диафрагменной пружине сцепление имеет меньшие массу и габаритные размеры, а также меньшее количество деталей, так как пружина кроме своей функции выполняет еще и функцию рычагов выключения сцепления. Кроме того, она обеспечивает равномерное распределение усилия на нажимной диск. Сцепления с центральной диафрагменной пружиной применяются на легковых автомобилях из-за трудности изготовления пружин с большим нажимным усилием при малых габаритных размерах сцепления.

Сцепление с центральной конической пружиной имеет преимущество в том, что нажимная пружина не соприкасается с нажимным диском и поэтому при работе сцепления меньше нагревается и дольше сохраняет свои упругие свойства. Кроме того, благодаря конструкции нажимного механизма сцепление может передавать большой крутящий момент при сравнительно небольшой силе пружины. Такие сцепления применяются на грузовых автомобилях большой грузоподъемности.

Приводы сцеплений

Приводы фрикционных сцеплений могут быть механическими, гидравлическими и электромагнитными. Наибольшее применение на автомобилях получили механические и гидравлические приводы.

Механические приводы просты по конструкции и надежны в работе. Однако они имеют меньший КПД, чем гидравлические приводы сцеплений.

Гидравлические приводы, имея большие КПД, обеспечивают более плавное включение сцепления и уменьшают усилие, необходимое для выключения сцепления. Но гидравлические приводы сложнее по конструкции и в обслуживании, менее надежны в работе, более дорогостоящи и требуют больших затрат при обслуживании в эксплуатации.

Для облегчения управления сцеплением в приводах часто применяют механические усилители в виде сервопружин, пневматические и вакуумные. Так, сервопружины уменьшают максимальное усилие выключения сцепления на 20…40%.

Другие статьи по сцеплениям

• Однодисковые сцепления с периферийными пружинами
• Сцепление ВАЗ — однодисковое с диафрагменной пружиной
• Сцепление с конической пружиной
• Центробежное сцепление автомобилей
• Двухдисковые сцепления — устройство и схема
• Двухдисковые сцепления КамАЗ и МАЗ
• Гидравлическое сцепление — схема и принцип работы
• Электромагнитное сцепление
• Неисправности и техническое обслуживание сцепления

Сцепление

Назначение сцепления, специфика работы, особенности конструкции, распространённые неисправности и пути их устранения.

Назначение сцепления

Система сцепления автомобиля — это подсистема трансмиссии. Она ориентирована на создание благоприятных условий для осуществления кратковременного разобщения ДВС с коробкой передач либо трансэксла (для транспортных средств, где коробка передач, главная передача и дифференциал — механизм по передаче мощности вращению представляют собой единый агрегат в общем корпусе).

• Переключать шестерни в коробке передач, размыкая и смыкая цепь, обеспечивая плавное изменение оборотов и крутящего момента ДВС.
• Гасить вибрации, крутильные колебания, являющиеся серьёзными рисками для упругих элементов (чревато деформациями сдвига).
• Снижать нагрузки при неравномерной работе ДВС.
• Снижать перегрузки трансмиссии в момент торможения.

Принцип работы сцепления автомобиля

Рассмотрим принцип функционирования классического решения с педалью сцепления – ПС (характерный вариант для самых популярных решений с гидравликой).

1. Что вращается?
2. Что происходит при нажатии на ПС?

Если при работающем ДВС отвести ДС от маховика, то он остановится. Что получается? Передачи крутящего момента на диск сцепления не будет. Однако, если вновь подвести диск к маховику, снова на диск сцепления начнёт передаваться крутящий момент.

Как отвести и подвести диск сцепления?

Но откуда поступают команды «отвести диск сцепления», «подвести диск сцепления»?Такие команды поступают от педали, на которую нажимает водитель, и сцепления.

Когда водитель нажимает на ПС, то диск отходит от маховика и останавливается, передача КМ не происходит. Когда же водитель отпускает ПС (отводит от нее ногу), диск опять соприкасается с маховиком, начинается передача КМ (диск вращается). Далее в дело вступает коробка передач. От диска сцепления крутящий момент передается на первичный вал и шестерню. Как только происходит передача КМ, вал и шестерня начинают вращаться. Далее к «командной работе» присоединяется вторичный вал и его шестерня. При передаче КМ вторичный вал и шестерня начинают вращаться.

Когда водитель заводит двигатель и нажимает на педаль сцепления, крутящий момент передаётся от маховика на диск сцепления, а потом на первичный вал коробки передач. Водитель нажимает ногой на ПС, диск отходит от маховика, прекращает движение, и в этот же момент останавливается первичный вал. Но стоит только отпустить ПС, и первичный вал опять приходит в движение.

Чтобы активизировать вторичный вал, водитель нажимает на ПС и останавливает первичный вал, нажимает рычаг и вводит шестерни в зацепление. При отпускании ПС крутящий момент начинает передаваться от первичного вала к вторичному.

Как это работает на практике? ПС – это инструмент для изменения положения диска на валу. При нажатии на ПС диски разжимаются, первичный вал останавливается, после этого можно перемещать рычаг на коробке передач и регулировать скорость.

В момент, когда транспортное средство – на полном ходу, ПС можно полностью отпустить.Если в этом положении «газануть», поднимутся обороты двигателя, а вместе с ними и скорость автомобиля.

Распространённая ошибка: если резко бросить сцепление, ведомый диск сожмется, ДВС не успеет среагировать и может заглохнуть.

Чтобы прекратить движение, водителю требуется выжимание СА и плавное нажатие на тормозную педаль с последующим выключением передачи и быстрым отпуском ПС.

Конструкция

Cамый популярный вариант устройства сцепления автомобиля базируется на следующих компонентах:

• Выжимной подшипник. Обеспечивает при нажатии на ПС соединение со сцеплением. Бывает гидравлическим (как на схеме выше) и механическим (шариковым).
• Саморегулирующееся СА для уменьшения хода педали. Фактически это компенсатор её износа. Может выпускаться с механизмом контроля хода (механизм регулировки срабатывает при увеличении хода, вызванного износом) и диафрагменной пружиной для контроля усилия.
• Ведомый диск, состоящий из ступицы, дисков гасителя, фрикционных накладок, маслоотражателей. Принимает на себя вращение от ведущего диска. Работает за счёт движения маховика. Начинает работу посредством вращения маховика. Первоначально вращение передается на кожух, а далее на нажимной диск, фрикционные накладки (плетеные, композитные, из кевлара) , гаситель, фланец, шпицы.
• Демпфер. Смонтирован на ведомом диске. Гаситель крутильных колебаний. Прежде всего, демпфер полезен для гашения угловых колебаний, которые на валы трансмиссии идут со стороны ДВС. Он помогает ослабить резонансные колебания, возникающие как отклик на совпадение частот колебаний трансмиссии и возмущающей силы, которая идёт от пульсации КМ ДВС.
• Маховик – агрегат для передачи усилия вращения от коленвала к коробке передач. На схеме выше вы видите двухмассовый маховик. Такое решение очень популярно у коммерческого транспорта – грузовиков, автобусов. На преимуществах решений с двухмассовым маховиком мы остановимся более подробно еще несколько ниже. Кроме этого бывают сплошные маховики (ставятся на легковые авто эконом-класса, чаще встречались у старых моделей) и облегченные маховики (распространённый вариант маховика для легкового авто с автоматической коробкой передач).
• Муфта – узел фрикционных систем (поэтому его вы не найдёте на верхней картинке – с решением с гидравликой, и схема с муфтой представлена отдельно ниже). Этот узел помогает выключить привод сцепления при выключении передач. Именно муфта передаёт усилие от вилки выключения на подшипник. Муфта же предохраняет подшипник от износа. Ведь благодаря наличию муфты отсутствует прямой контакт между подшипником и вилкой.

Ещё один элемент устройства – ПС. Она присутствует и при гидравлическом, и при механическом сцеплении автомобиля. В гидравлических конструкциях ПС воздействует на поршень главного цилиндра, он нагнетает давление, поршень перемещается. Если же речь идёт о механической передаче усилия, то задействован трос или рычаг.

Но есть решения и без педали. Это роботизированные конструкции. Альтернативой ПС в этом случае выступает роботизированная коробка для переключения скоростей (микропроцессорный блок управления). Вместо переключения передач водитель просто задаёт команды. Оповещения водителю поступают посредством индикаторов.

Виды сцепления

В зависимости от состояния поверхности выделяются сухой и мокрый типы сцепления автомобиля. В зависимости от монтируемого маховика (как было указано в разделе «Конструкция») различают системы с двухмассовым, сплошным и облегчённым маховиком.

В зависимости от сил, которые использованы для передачи КМ выделяют фрикционное (механический принцип), гидравлическое, электромагнитное сцепление. В первом случае «руководитель» — сила трения, во втором — жидкость, в третьем — магнитное поле.

В зависимости от количества дисков у конструктивного решения механизм сцепления автомобиля может быть однодисковым, двухдисковым и многодисковым.

Сухое сцепление

• Работа основана на сухом трении между дисками (ведущим, ведомым и нажимными).
• Рабочие поверхности не требуют обработки смазкой. Фрикционные накладки находятся в воздушной среде. Благодаря этому можно получить жесткую связь ДВС и коробки передач.
• Нагрузки на СА – минимальные.
• Существенно уменьшается сопротивление двигателя, нет увода части мощности двигателя на привод масляного насоса и, соответственно, нет риска снижения мощности ДВС.
• Небольшая масса ведомого диска создаёт идеальные условия для того, чтобы при размыкании диск оперативно останавливался. Переключение передач существенно упрощается.
• Сухие системы наиболее просты конструктивно. Поэтому устройство надёжное. Нет проблем с обслуживанием.
• Производство СДС достаточно дешево.
• Решение подходит для мощных двигателей
• ССЦ адаптивны к транспортным средствам с небольшим крутящим моментом. Благодаря этому ССЦ очень популярны, но на холостом ходу слышен неприятный звук. Это создаёт дискомфорт водителям и стимулирует производителей искать новые решения.

Системы мокрого сцепления (СМЦ)

Характерные черты СМЦ:

• СМЦ работают на моторном масле.
• За счёт смазки – меньший износ СА.
• Моторное масло быстро загрязняется (образованная пыль остаётся в двигателе).
• Конструкция обеспечивает отличное охлаждение, способствующее эффективной передачи КМ.

Специалисты отмечают высокий ресурс сцепления и КП (при использовании качественных смазочных продуктов и своевременной их замене).

СМЦ хорошо себя зарекомендовали в трансмиссиях автомобилей с крутящим моментом выше 250 Нм.

Сухое двухдисковое сцепление

Самое популярное — сухое двухдисковое СА. Оно монтируется на коробках с нечетным количеством передач.

Большинство деталей в этом узле – парные. Два нажимных диска, две диафрагменные пружины, два подшипника, два рычага включения.

Даже при небольшом размере механизма благодаря такой особенности конструкции можно получить впечатляющий крутящий момент. Позиционирует себя как решение, способное увеличить плавность переключения передач, комфорт вождения.

Таким СА даже авто с механической трансмиссией может легко набирать большие скорости. Поэтому, когда большинство спорткаров было с механической коробкой на них ставилось именно двухдисковое СА.

Сцепление двухмассового маховика

Двухмассовый маховик CА – конструкция из-2-х дисков. Соединителем выступает пружинно-демпферная система.

Конструкция включает два блока (корпуса). На одном стоит венец стартера, на втором — узел СА. Конструкция спроектирована так, что возможно осевое вращение одного корпуса относительно другого.

• Работа пружин ступенчата. Первая ступень – с мягкими пружинами, это важно для стабильной работы системы при запуске и выключении ДВС, вторая – с жёсткими пружинами. Они задействованы в обычном режиме езды;
• Минимизированный уровень шума в узле «ДВС – коробка передач»;
• Увеличение топливной эффективности (снижение затрат на бензин, дизель);
• Сложность сборки, влекущая за собой высокую цену.

Распространённые неисправности

Увы, от неисправностей СА никто не застрахован. Но в одном случае требуется полная замена системы, в других – только замена автомеханиками одной из деталей, например, выжимного подшипника.

Одна из частых проблем – пробуксовка СА. Это сигнал о том, что засорился гидропривод (при системах с гидравликой), пришёл в негодность маховик, рабочий цилиндр сильно замаслился или и вовсе повредился ведомый диск. Кроме того, пробуксовка может свидетельствовать о заедании троса, ослаблении либо деформации диафрагмальной пружины.

Нередка ситуация, и когда СА «ведёт». Чаще всего это бывает из-за неполадок с ведомым диском. Например, произошла его деформация, износились шлицы. Кроме того, это часто может быть ответной реакцией поломки рабочего цилиндра.

О износе шлицев и деформации пружин может свидетельствовать и усиленная вибрация. Впрочем, иногда такое «поведение» – это просто свидетельство того, что ослабла опора крепежа.

А вот появление шума при выключении СА для опытного диагноста сразу становится подсказкой, что пора заменит подшипник выключения.

Нередки и проблемы с педалью. Самый распространённый «симптом» – увеличение её хода или уменьшение величины усилия. Как правило, в этом случае педаль заменяют.

А вот одна из самых пугающий проблем на практике — появление крайне неприятного запаха, иногда даже гари от фрикционных накладок. Но проблема чаще всего решается элементарно. Просто нужно заменить трос.

Систематизированный обучающий материал касающийся темы «Коробка передач и сцепление» вы найдёте в курсе «Автомобильные основы» на базе LCMS ELECTUDE. Вас ждёт не только качественная база знаний, но и комплекс практических упражнений (на симуляторе) и комплекс тестов, позволяющих оценить знания и оценить уровень навыков.

Источник https://carspec.info/sceplenie

Источник https://pro-sensys.com/info/articles/obzornye-stati/stseplenie/