Важной составляющей автомобиля, оснащенного механической коробкой передач, является сцепление. Оно состоит непосредственно из муфты (корзины) сцепления и привода. Остановимся более подробно на таком элементе, как привод сцепления, который играет важную роль в общем узле сцепления. Именно при его неисправности муфта теряет свою функциональность. Разберем устройство привода, его виды, а также преимущества и недостатки каждого.
Привод сцепления и его виды
Привод предназначен для дистанционного управления сцеплением непосредственно водителем из салона. Нажатие на педаль сцепления напрямую воздействует на нажимной диск.
Известны следующие виды привода:
- механический;
- гидравлический;
- электрогидравлический;
- пневмогидравлический.
Наибольшее распространение получили первые два вида. На грузовиках и автобусах используется пневмогидравлический привод. Электрогидравлический устанавливают в машинах с роботизированной коробкой передач.
В некоторых автомобилях для облегчения управления применяется пневматический или вакуумный усилитель привода.
Механический привод
Механический или тросовый привод отличается простой конструкцией и невысокой ценой. Он неприхотлив в обслуживании и состоит из минимального количества элементов. Механический привод устанавливается в легковых и малотоннажных грузовых автомобилях.
Механический привод сцепления
К элементам механического привода относятся:
- трос сцепления;
- педаль сцепления;
- вилка выключения сцепления;
- выжимной подшипник;
- механизм регулировки.
Трос сцепления, заключенный в оболочку, является основным элементом привода. Трос сцепления крепится к вилке, а также к педали, находящейся в салоне автомобиля. В момент выжимания педали водителем действие через трос передается на вилку и выжимной подшипник. В результате происходит разъединение маховика двигателя с трансмиссией и, соответственно, выключение сцепления.
В соединении троса и рычажного привода предусмотрен регулировочный механизм, обеспечивающий свободный ход педали сцепления.
Ход педали сцепления представляет собой свободное перемещение до момента срабатывания привода. Расстояние, пройденное педалью без особого усилия водителя при нажатии, и есть свободный ход.
Если переключение передач сопровождается шумом, а в начале движения наблюдаются небольшие рывки автомобиля, то необходима регулировка хода педали.
Зазор в сцеплении должен находиться в пределах 35-50 мм свободного хода педали. Нормативы этих показателей указаны в технической документации автомобиля. Регулировка хода педали осуществляется путем изменения длины тяги с помощью регулировочной гайки.
В грузовых автомобилях используется не тросовый, а рычажный механический привод.
К плюсам механического привода относятся:
- простота устройства;
- невысокая стоимость;
- надежность в эксплуатации.
Главным минусом считается более низкий КПД по сравнению с гидроприводом.
Гидравлический привод сцепления
Гидропривод имеет более сложную конструкцию. К его элементам, помимо выжимного подшипника, вилки и педали, относится также гидравлическая магистраль, которая заменяет трос сцепления.
Схема гидравлического сцепления
По сути эта магистраль аналогична гидроприводу тормозной системы и состоит из следующих элементов:
- главный цилиндр сцепления;
- рабочий цилиндр сцепления;
- бачок и трубопровод с тормозной жидкостью.
Устройство главного цилиндра сцепления напоминает устройство главного тормозного цилиндра. Главный цилиндр сцепления состоит из поршня с толкателем, расположенных одном в корпусе. Также к его элементам относятся резервуар для жидкости и уплотнительные манжеты.
Рабочий цилиндр сцепления, имеющий схожую с главным цилиндром конструкцию, дополнительно оснащен клапаном для удаления воздуха из системы.
Механизм действия гидропривода такой же, как и у механического, только усилие передается с помощью находящейся в трубопроводе жидкости, а не через трос.
Во время нажатия водителем на педаль усилие через шток передается на главный цилиндр сцепления. Затем за счет несжимаемого свойства жидкости в действие приводятся рабочий цилиндр сцепления и рычаг привода выжимного подшипника.
В качестве плюсов гидропривода можно выделить следующие его особенности:
- гидравлическое сцепление позволяет передавать усилие на значительное расстояние с высоким КПД;
- сопротивление перетеканию жидкости в элементах гидропривода способствует плавному включению сцепления.
Главный минус гидропривода – более сложный ремонт по сравнению с механическим. Течь рабочей жидкости и попадание в систему гидропривода воздуха — вот, пожалуй, наиболее распространенные поломки, которыми могут «похвастаться» главный и рабочий цилиндры сцепления.
Гидропривод применяется в легковых автомобилях, а также на грузовых автомобилях с опрокидывающейся кабиной.
Нюансы эксплуатации сцепления
Зачастую водители склонны связывать неравномерность и рывки при движении автомобиля с неисправностями сцепления. Эта логика в большинстве случаев ошибочна.
Например, автомобиль при переключении передач с первой на вторую, резко сбрасывает обороты. Здесь виновато не само сцепление, а датчик положения педали сцепления. Находится он за самой педалью сцепления. Неисправности датчика устраняются путем несложного ремонта, после которого сцепление будет вновь работать плавно и без рывков.
Другая ситуация: при переключении передач автомобиль немного дергается, а при трогании с места может заглохнуть. В чем может быть причина? Чаще всего в этом виноват клапан задержки сцепления. Этот клапан обеспечивает определенную скорость, при которой может схватываться маховик, независимо от того, насколько быстро была «брошена» педаль сцепления. Для начинающих водителей эта функция необходима, т.к. клапан задержки сцепления предотвращает чрезмерный износ поверхности диска сцепления.
Сцепление машины нужно для передачи крутящего момента от маховика коленвала двигателя к первичному валу коробки передач. Оно позволяет водителю кратковременно прерывать передачу крутящего момента, отделяя двигатель от трансмиссии, а затем плавно их соединять. Состоит из привода и механизма.
Привод выключения
Когда в машине надо передать усилие, допустим от водителя к некому механизму (тормоза, коробка передач), то для этого существует привод механизмов.
Представьте ситуацию, когда необходимо постоянно что-то закрывать и открывать. 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 является «приводом», который передаст усилие на расстоянии.
В автомобиле каждый механизм имеет свой привод, посредством которого он приводится в действие. Он может состоять из большого количества отдельных узлов и деталей, может быть механическим, гидравлическим. 
Схема гидравлического привода выключения сцепления
1 – коленчатый вал; 2 – маховик; 3 – ведомый диск; 4 – нажимной диск; 5 – кожух; 6 – нажимные пружины; 7 – отжимные рычаги; 8 – нажимной подшипник; 9 – вилка выключения; 10 – рабочий цилиндр; 11 – трубопровод; 12 – главный цилиндр; 13 – педаль; 14 – картер; 15 – шестерня первичного вала; 16 – картер коробки передач; 17 – первичный вал коробки передач.
Привод выключения (гидравлического типа) состоит из:
- педали;
- главного и рабочего цилиндра;
- вилки выключения;
- нажимного подшипника;
- трубопроводов.
При нажатии на акселератор 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 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 применяется тормозная жидкость. Перед тем как заливать ее в бачок, стоит прочитать, что написано на этикетке. А разрешается ли ее смешивать с жидкостью, которая уже залита в гидроприводе? Как правило, ответ бывает положительным, но существуют жидкости, которые не подлежат смешиванию.
Механизм сцепления
Представляет устройство, в котором происходит передача крутящего момента за счет работы сил трения. Он позволяет кратковременно разъединять двигатель и коробку передач, а затем плавно их соединять. Его элементы заключены в картер, который крепится к мотора. Он 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. Это сложная задача, так как угловая скорость вращения маховика составляет 20 – 25 оборотов в секунду, а скорость вращения ведущих колес – ноль.
Сцепление включено
На первом этапе – приотпускаем педаль, т.е. даем возможность пружинам нажимного 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 вращаются вместе без проскальзывания и с одинаковой скоростью, 100%-но передавая крутящий момент к коробке передач и далее на ведущие колеса машины. Это соответствует состоянию – включено, автомобиль едет. Теперь остается только полностью отпустить педаль 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 следует достаточно быстрым, но не резким, спокойным движением до конца хода педали.
Сцепление выключено
Сцепле́ние — механизм, работа которого основана на действии силы трения скольжения (фрикционная муфта); предназначен для передачи крутящего момента, плавного переключения передач, гашения крутильных колебаний, кратковременного отсоединения трансмиссии от маховика двигателя.
Обычно термин «сцепление» относится к компоненту трансмиссии транспортного средства, предназначенному для подключения или отключения соединения двигателя внутреннего сгорания с коробкой передач. Изобретение сцепления приписывают Карлу Бенцу.
Сцепление служит для временного разобщения коленчатого вала двигателя с силовой передачей автомобиля, что необходимо при переключении шестерён в коробке передач и при торможении автомобиля вплоть до полной его остановки. Кроме того, сцепление даёт возможность плавно (без рывков) трогаться с места.
На тракторах и на бронетехнике используется эквивалентный термин фрикцион.
Содержание
Общие сведения [ править | править код ]
Существует много различных типов сцепления, но большинство основано на одном или нескольких фрикционных дисках, плотно сжатых друг с другом или с маховиком пружинами. Фрикционный материал очень похож на используемый в тормозных колодках и раньше почти всегда содержал асбест, в последнее время используются безасбестовые материалы. Плавность включения и выключения передачи обеспечивается проскальзыванием постоянно вращающегося ведущего диска, присоединённого к коленчатому валу двигателя, относительно ведомого диска, соединённого через шлиц с коробкой передач.
Усилие от педали сцепления передается на механизм механическим (рычажным или тросовым) или гидравлическим приводом.
Нажатие на педаль сцепления (выжимание, выключение) разводит диски сцепления, в итоге оставляя между ними свободное пространство, а отпускание педали (включение) приводит к плотному сжатию ведущего и ведомого дисков.
При включенном сцеплении крутящий момент передается от коленчатого вала на маховик, затем на кожух сцепления и через пластинчатые пружины на ведущий (нажимной) диск. От маховика и ведущего нажимного диска, благодаря силам трения, крутящий момент передается зажатому между ними ведомому диску, ступица которого имеет шлицевое соединение с ведущим валом коробки передач.
Для выключения сцепления нажимают на педаль, которая через систему тяг и рычагов передает усилие на вилку, муфту, рычаги и пальцы отводят назад ведущий нажимной диск. При этом пружины сжимаются и освобождают ведомый диск, по обеим сторонам которого образуются зазоры, что прерывает передачу через него крутящего момента. В двухдисковом сцеплении для обеспечения необходимых зазоров между ведущими и ведомыми дисками в выключенном состоянии имеются отжимные пружины и регулировочный болт промежуточного диска. При плавном отпускании педали нажимные пружины возвращают все детали механизма выключения в исходное положение, ведомый диск прижимается к ведущему (нажимному) диску и маховику.
Если при включении сцепления просто «бросить» педаль, ведомый диск с силой прижмётся к ведущему (маховику) и затормозит его до такой степени, что двигатель может остановиться (заглохнуть) — то есть, сцепление сработает подобно тормозному механизму. Поэтому педаль сцепления после момента начала зацепления дисков нужно отпускать плавно. Конкретная техника работы педалью зависит от конструкции привода сцепления.
На современных автомобилях используются два типа привода сцепления — гидравлический и механический тросовый.
При гидравлическом приводе сцепления величина полного хода педали сцепления остаётся постоянной (что обеспечивается наличием у педали сцепления возвратной пружины), но меняется величина её рабочего хода, компенсируя уменьшение толщины ведомого диска в результате износа — чем меньше толщина остающегося диска, тем, при том же самом полном ходе педали сцепления, большим оказывается её рабочий ход, и тем «выше» (ближе к концу обратного хода педали при её отпускании) срабатывает сцепление. Педаль сцепления с гидравлическим приводом можно отпускать достаточно резко вплоть до того момента, когда ведущий и ведомый диски начинают входить друг с другом в зацепление (что ощущается по слабому рывку автомобиля в момент начала трогания) — после этого начинается рабочий ход педали, в ходе которого её необходимо отпускать плавно. С новым ведомым диском сцепление срабатывает «внизу» и автомобиль начинает трогаться уже при небольшом отпускании педали; при сильно изношенном ведомом диске, напротив, диски не входят в зацепление вплоть до самого конца хода педали. У педали сцепления с гидравлическим приводом всегда имеется небольшой (обычно не более 10…15 мм на педали) свободный ход в самом начале нажатия педали, обусловленный наличием конструктивного зазора в 2…3 мм между шарнирно соединённым с педалью сцепления толкателем и приводимым им в движение поршнем главного цилиндра сцепления — это необходимо для того, чтобы обеспечить полное включение сцепления при отпускании педали и исключить его пробуксовку при движении автомобиля.
У педали сцепления с тросовым приводом полный ход увеличивается по мере износа ведомого диска (педаль сцепления приподнимается относительно пола), вместе с ним увеличивается и её рабочий ход. Педаль следует отпускать плавно с самого начала, так как сцепление срабатывает всегда «внизу». Свободный ход педали обеспечивается регулировкой длины троса и составляет обычно порядка 30…40 мм.
Ведомый диск сцепления состоит из собственно диска с пружинными пластинами, к которым приклёпаны или приклеены независимо друг от друга две фрикционные накладки. Такое крепление накладок обеспечивает их расхождение при выключенном сцеплении, при включении пружинные пластины постепенно сжимаются, обеспечивая плавное включение. Центральная часть диска сцепления — ступица — имеет шлицевое соединение и перемещается по первичному валу коробки передач. Ступица соединена с диском подвижно, через демпферные пружины и фрикционные шайбы гасителя крутильных колебаний (видны на снимке), служащие для выравнивания колебаний крутящего момента, неизбежно возникающих под влиянием переменных нагрузок и инерции массы при передаче его от двигателя к ведущим колёсам и обратно. При некоторых условиях эти колебания могут привести к поломке валов.
Классификация [ править | править код ]
- По способу управления — сцепления с механическим, гидравлическим, электрическим или комбинированным приводом (например, гидромеханическим).
- По виду трения — сухие (фрикционные накладки работают в воздушной среде) и мокрые (работающие в масляной ванне).
- По режиму включения — постоянно замкнутые и непостоянно замкнутые.
- По числу ведомых дисков — одно-, двух- и многодисковые.
- По типу и расположению нажимных пружин — с расположением нескольких цилиндрических пружин по периферии нажимного диска и с центральной диафрагменной пружиной.
- По числу потоков передач крутящего момента — одно и двухпоточные.
Устройство и принцип действия автомобильного сцепления [ править | править код ]
Однодисковое сцепление [ править | править код ]
При нажатии на педаль 8 вал 7 поворачивается, вначале выбирается зазор (свободный ход педали сцепления) между вилкой выключения сцепления 5 и нажимной муфтой 6. Затем муфта с выжимным подшипником 11 перемещается и выжимной подшипник нажимает на внутренние концы рычагов 10, которые отводят своими наружными концами нажимной диск 9 от ведомого диска 3. При этом нажимные пружины 4 сжимаются — сцепление выключено, и крутящий момент от двигателя к трансмиссии не передаётся. После отпускания педали муфта выключения сцепления с выжимным подшипником возвращаются в исходное положение под действием пружин. Под действием нажимных пружин нажимной диск 9 прижимается к маховику 1, при этом обжимая ведомый диск 3 — сцепление включено, крутящий момент передаётся от двигателя к коробке передач. Ведомый диск 3 имеет шлицы и перемещается по ответным шлицам первичного вала коробки передач 12. Плавную передачу крутящего момента при включении сцепления обеспечивают демпферные пружины, вмонтированные в ведомый диск.
Все детали сцепления закрыты кожухом (корзина сцепления), приворачиваемым к маховику болтами; оси выжимных рычагов через проушины крепятся к кожуху.
Сцепление мотоциклов с продольным расположением двигателя принципиальных отличий не имеет.
- Выжимной подшипник обычно представляет собой специальный упорный шарикоподшипник; на некоторых автомобилях применяются упорные подшипники скольжения (графитные), в этом случае применяется термин подпятник (автомобили «Запорожец»; Москвич-412, кроме поздних выпусков).
Сцепление с диафрагменной нажимной пружиной [ править | править код ]
На легковых автомобилях, как правило, применяется сцепление с диафрагменной нажимной пружиной, вместо большого числа рычагов включения и цилиндрических пружин. Пружина сцепления плоская или имеет форму усечёного конуса, в центральной её части отштампованы лепестки (около двух десятков), служащих одновременно выжимными рычагами. При нажатии на педаль вилка выключения сцепления перемещает нажимную муфту и выжимной подшипник 7, внутренняя кромка пружины передвигается вперёд, пружина прогибается и её наружная кромка отводит нажимной диск 4, сцепление выключается. При отпускании педали детали движутся в обратном порядке, диафрагменная пружина возвращается к форме усечённого конуса, сцепление включается. Сцепление с диафрагменной нажимной пружиной легче и дешевле сцепления с рычагами, требуется меньше регулировок при ремонте.
Двухдисковое сцепление [ править | править код ]
На тяжёлых грузовых автомобилях, тракторах, бронетехнике, на некоторых тяжёлых мотоциклах («Урал», «Днепр»), а также на некоторых спорткарах применяются двухдисковые сцепления.
Двухдисковые механизмы устанавливаются для повышения срока службы сцепления, в связи с большой мощностью двигателей и необходимостью передавать увеличенные крутящие моменты.
Общее устройство двухдискового сцепления [ править | править код ]
- Фрикционная поверхность маховика двигателя — синий цвет слева
- Два ведомых диска — коричневый цвет
- Промежуточный ведущий диск — голубой цвет
- Нажимной ведущий диск — зелёный цвет
- Нажимные пружины — серый цвет
- Кожух — синий цвет справа
Не показаны на рисунке [ править | править код ]
- Вилки рычагов
- Рычаги выключения сцепления
- Выжимной подшипник
- Вилка выключения сцепления
- Отжимные пружины
Принцип действия двухдискового сцепления [ править | править код ]
Выжимной подшипник нажимает на выжимные рычаги, они оттягивают нажимной диск. Нажимной диск отходит от первого ведомого и отпускает отжимные пружины. Они отпускают промежуточный ведущий диск, а он отходит за счёт других отжимных пружин от второго фрикционного, настолько же, насколько нажимной отошёл от первого фрикционного. При обратном движении отжимные пружины способствуют равномерному прижатию промежуточного диска ко второму ведомому и нажимного — к первому ведомому.
Нажимные диски перемещаются по шпилькам, ввёрнутым в маховик, к ним же прикреплена корзина сцепления. На шпильки надеты отжимные пружины.
Пневматический усилитель сцепления [ править | править код ]
Тяжёлые грузовые автомобили, например МАЗ имеют привод сцепления с пневматическим усилителем — предназначен для уменьшения усилия, прилагаемого на педаль выключения сцепления.
Устройство: педаль, тяга, золотник (клапан управления), шланги, пневмокамера, рычаги, тормозок, первичный вал с барабаном тормозка. Принцип действия: при отпущенной педали впускной клапан золотника закрыт, а выпускной открыт. При нажатии на педаль усилие через тягу и золотник передаётся на вилку выключения сцепления. В это время в золотнике открывается впускной клапан и закрывается выпускной — корпус золотника надвигается на выпускной клапан, выпускной клапан прижимается к впускному и закрывается, а впускной этим движением открывается. Воздух через впускной клапан поступает в пневмокамеру, она за счёт давления помогает нажать вилку выключения сцепления.
Коническое сцепление [ править | править код ]
Старейший вид сцепления, широко использовалось на многих автомобилях начала XX века. Фрикционные поверхности имели коническую форму. Передавало больший момент при тех же габаритах по сравнению с однодисковым, было просто по устройству и в уходе. Однако тяжёлый диск такого сцепления обладал большой инерцией, и при переключении передач после выжима педали продолжал вращаться на холостом ходу, из-за чего включение передачи было затруднено или просто невозможно. Для торможения диска сцепления применялся специальный агрегат — тормоз сцепления, однако его использование было лишь половинчатым решением проблемы, как и замена одного конуса двумя менее массивными. Кроме того, сцепление было тяжёлым и громоздким. В результате в 1920-х годах от него отказались.
Также существовало сцепление с обратным конусом, работавшее на разжимание.
Синхронизаторы коробки передач по сути представляют собой конические сцепления, работающие за счёт трения бронзы (или другого металла с высоким коэффициентом трения) по стали.
