Сцепление. Устройство и назначение, принцип работы

Где сцепление у машины

Функции сцепления

Муфта сцепления устанавливается между двигателем и коробкой передач и является одним из наиболее нагруженных элементов трансмиссии. Она выполняет следующие основные функции:

  1. Плавное разъединение и соединение двигателя и коробки передач.
  2. Передача крутящего момента без проскальзывания (без потерь).
  3. Компенсация вибраций и нагрузок от неравномерности работы двигателя.
  4. Снижение нагрузок на элементы двигателя и трансмиссии.

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 сцепления

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.

О сцеплении и его месте в автомобиле

Чтобы более ясно представлять его назначение в устройстве машины, достаточно взглянуть на приведенный ниже рисунок.

схема сцепления автомобиля

Из него понятно, что от двигателя через трансмиссию, а также другие узлы автомобиля, крутящий момент поступает на колеса. Конструктивно сцепление находится между КПП и двигателем, вследствие чего у водителя есть возможность при необходимости разорвать связь между двигателем и колесами. Такая ситуация часто возникает в начале движения автомобиля, а также в условиях чрезмерной нагрузки двигателя.

Виды привода сцепления

Приводное устройство предназначено для дистанционного управления сцеплением непосредственно водителем в салоне автомобиля. Нажатие на педаль сцепления напрямую влияет на нажимной диск.

Известны следующие типы приводов:

  • механический;
  • гидравлический;
  • электрогидравлический;
  • пневмогидравлический.

Наиболее распространены первые два типа. В грузовиках и автобусах используется пневмогидравлический привод. Электрогидравлика устанавливается на машины с роботизированной коробкой передач.

В некоторых автомобилях для облегчения используется пневматический или вакуумный усилитель.

Механический привод

механический привод сцепления

Механический или тросовый привод отличается простой конструкцией и невысокой стоимостью. Он неприхотлив в обслуживании и состоит из минимального количества элементов. Механический привод установлен в легковых и легких грузовых автомобилях.

К компонентам механического привода относятся:

  • трос сцепления;
  • педаль сцепления;
  • вилка разблокировки;
  • выжимной подшипник;
  • механизм регулировки.

Трос сцепления с покрытием является основным приводным элементом. Трос сцепления прикреплен к вилке, а также к педали в салоне. В тот момент, когда водитель нажимает на педаль, действие передается через трос на вилку и выжимной подшипник. В результате маховик отсоединяется от трансмиссии и, следовательно, выключается сцепление.

На соединении троса и приводного рычага предусмотрен регулировочный механизм, который гарантирует свободное движение педали сцепления.

Ход педали сцепления является свободным, пока не будет активирован привод. Расстояние, пройденное педалью без особых усилий со стороны водителя, когда она нажата, является свободным.

Если переключения передач шумные, а в начале движения есть легкая тряска автомобиля, необходимо будет отрегулировать ход педали.

Зазор сцепления должен составлять от 35 до 50 мм свободного хода педали. Нормы этих показателей указаны в технической документации на автомобиль. Ход педали регулируется изменением длины штока с помощью регулировочной гайки.

В грузовиках используется не тросовый, а механический рычажный привод.

К преимуществам механического привода относятся:

  • простота устройства;
  • низкая стоимость;
  • эксплуатационная надежность.

Основным недостатком считается меньший КПД, чем у гидропривода.

Гидравлический привод сцепления

гидравлический привод сцепления

Гидравлический привод более сложен. Его компоненты, помимо выжимного подшипника, вилки и педали, также имеют гидравлическую магистраль, заменяющую трос сцепления.

Фактически, эта магистраль аналогична гидравлической тормозной системе и состоит из следующих компонентов:

  • главный цилиндр сцепления;
  • рабочий цилиндр сцепления;
  • бачок и магистраль тормозной жидкости.

Устройство главного цилиндра сцепления аналогично устройству главного тормозного цилиндра. Главный цилиндр сцепления состоит из поршня с толкателем, расположенного в картере. Он также включает резервуар для жидкости и уплотнительные кольца.

Рабочий цилиндр сцепления, аналогичный по конструкции главному цилиндру, дополнительно оснащен клапаном для удаления воздуха из системы.

Механизм действия гидравлического привода такой же, как и у механического, только сила передается жидкостью в трубопроводе, а не тросом.

Когда водитель нажимает на педаль, усилие передается через шток на главный цилиндр сцепления. Затем из-за несжимаемости жидкости приводятся в действие рабочий цилиндр сцепления и рычаг управления выжимным подшипником.

В качестве преимуществ гидравлического привода можно выделить следующие особенности:

  • гидравлическое сцепление позволяет передавать усилие на значительные расстояния с высокой эффективностью;
  • сопротивление переливу жидкости в гидравлические компоненты способствует плавному включению сцепления.

Главный недостаток гидропривода — более сложный ремонт по сравнению с механическим. Утечки рабочей жидкости и воздух в системе гидропривода — пожалуй, самые частые неисправности, которые встречаются в главном и рабочем цилиндрах сцепления.

Гидравлический привод применяется в легковых и грузовых автомобилях с откидной кабиной.

Электрический

Электронная система значительно упрощает управление машиной, особенно в условиях городской езды. Механизм состоит из нескольких блоков и датчиков. Привод подключается к электронной системе управления двигателем. Это обеспечивает автоматическое изменение оборотов при переключении передач.

Конструкция электрического привода сцепления

Конструкция электрического привода сцепления

Электрический привод — новейшее устройство, которое еще находится на этапе тестирования. Конструкторы обещают, что с помощью привода упростится управление автомобилем и снизится расход топлива.

Виды сцепления

Общее назначение и принцип работы у этого узла трансмиссии один, но сам механизм сцепления по исполнению и материалам бывает разным. Например, виды сцеплений классифицируются по способу управления. В большинстве автомобилей используется гидравлический тип. Для этого предусмотрен главный цилиндр, работающий с бачком тормозной жидкости. От него давление получает рабочий цилиндр, воздействующий на выжимной подшипник. Когда водитель нажимает педаль, гидропривод давит через вилку на муфту и разъединяет диски. Наличие гидравлического цилиндра значительно облегчает нажатие педали водителю.

Гидроцилиндр сцепления

Рабочий гидроцилиндр сцепления

Другая разновидность — тросовое сцепление или механическое. Здесь передача усилия от нажатия происходит через трос. Обычно такой тип применяется на мотоциклах, мотоблоках, старых марках автомобилей. Управление выносится в мототехнике на руль, а в авто на педаль. При нажатии приходится прикладывать значительные усилия. Встречается и комбинированный вариант, в котором совмещены механика и гидравлика.

Еще существует электромагнитное сцепление, которое включается и выключается под действием электромагнитного поля. Встречается в автомобилях с вариаторами. Кроме различия в приводе, виды сцепления делятся по условиям работы и составным частям. Рассмотрим это детальнее.

Сухой и мокрый типы

Сухой тип — это вращение рабочего диска внутри корзины, при котором охлаждение происходит за счет потока воздуха. Этот вид применяется в большинстве современных двигателей на автомобилях и мотоциклах. По мере изнашивания накладок мусор от них вылетает и оседает на внутренней поверхности кожуха КПП.

Мокрый тип — применяется на некоторых двигателях мототехники. Это двухтактные и четырехтактные силовые установки, имеющие общий картер с коробкой. За счет такой конструкции диски между ними оказываются частично погруженными в масло. Техническая жидкость обеспечивает охлаждение поверхности и смывает с нее мусор. Но частицы фрикционного материала находятся во взвешенном состоянии и «гуляют» по двигателю, что хуже сказывается на его работе. Масло требуется чаще менять и следить за уровнем.

Мокрый тип сцепления

Мокрый тип сцепления

Двух и многодисковые сцепления

Обычно в автомобилях используется однодисковая конструкция, принцип работы которой мы рассмотрели выше. Но в некоторых агрегатах применяется сразу несколько дисков. Это встречается в:

  • грузовых автомобилях;
  • мотоциклах «Днепр», «Урал»;
  • тракторах;
  • бронетехнике.

Наличие нескольких прослоек фрикционных элементов повышает передачу крутящего момента от двигателя, что обеспечивает уверенное движение многотонной техники или гарантированное отсутствие пробуксовки в трансмиссии. Это достигается за счет использования фрикционной поверхности на маховике и промежуточных ведущих дисков, расположенных между несколькими ведомыми. Благодаря такому устройству значительно увеличивается площадь соприкосновения и передачи усилия, что улучшает работу узла.

Многодисковое сцепление

Многодисковый вариант сцепления

В некоторых легковых автомобилях двух- или многодисковое сцепление используется для более плавного хода. Так, когда один фрикцион задействован в переключении первой передачи, второй «ждет наготове», чтобы включить следующую передачу. Работа двигателя и коробки происходит более слаженно и плавно.

Особенности сцепления АКПП

Чаще всего автомобили с автоматической коробкой наделенны влажным многодисковым типом сцепления, хотя можно встретить варианты сухого сцепления. Управление выжимной силой, как и переключение передач, происходит за счет работы сервопривода. Актуаторы бывают гидравлические и электрические. Управление сервоприводами происходит при помощи ЭБУ или гидрораспределителя.

Больше всего негодований вызывает работа электрических сервоприводов во время переключения передач. Прежде чем, запустить в работу механизм сцепления, акутатор проводит анализ оборотов двигателя и только потом разъединяет ДВС от трансмиссии. Гидравлический сервопривод реагирует на давление, созданное распределителем и масляным насосом при достижении определенного показателя оборотов. После чего запускает в ход механизм сцепления.

Правильная работа со сцеплением

Подача команд на подведение и разведения диска сцепления и маховика подается водителем путем нажатия на соответствующую педаль, которая находится под левой ногой. Принцип работы педали сцепления состоит в том, что через систему механических приводов она отводит диск от маховика. При ее отпускании диск опять соприкасается с маховиком, передавая крутящий момент на трансмиссию.

К первичному валу трансмиссии присоединяется сложный механический агрегат – коробка передач. Она тоже не может работать без сцепления, поскольку делать переключения без ее временного отключения от двигателя очень сложно, а для новичков данная задача вообще неразрешима.

водитель нажимает на сцепление в авто

Крутящий момент передается на шестерни первичного вала, который при нажатии на педаль сцепления останавливается.  В нейтральном положении коробки передач это не имеет значения, поскольку даже при двигающемся первичном валу он не входит в зацепление со вторичным валом.

Для передачи крутящего момента на вторичный вал водитель выжимает сцепление, чтобы первичный вал остановился. Затем  он рычагом включает нужную передачу, соединяя шестерни валов, после отпускания педали крутящий момент передается с первичного вала на вторичный.

При управлении автомобилем требуется знать некоторые моменты, которые позволят избежать распространенных ошибок:

  1. Устройство и работа сцепления при нажатии на педаль приводят к тому, что крутящий момент перестает передаваться на ведущие колеса и автомобиль, проехав некоторое время по инерции остановится, а двигатель будет работать и никогда не заглохнет.
  2. Если в коробке передач включена нейтральная передача, автомобиль не будет двигаться, двигатель при этом тоже не заглохнет.

Педаль сцепления имеет три условных положения, в которых и происходят основные фазы работы системы:

  • верхнее положение при не нажатой педали;
  • среднее или рабочее положение. На разных автомобилях это положение может находиться выше или ниже от пола, поэтому при пересадке на новый автомобиль его нужно найти;
  • нижнее положение при полностью выжатой педали.

5

Именно в среднем положении происходит соприкосновение диска с маховиком, во избежание излишнего износа деталей, соединять их нужно очень плавно. Главная ошибка новичков, знающих, что сцепление нужно отпускать постепенно: после достижения зацепления диска и маховика они резко бросают педаль, машина несколько раз дергается и глохнет.

Чтобы правильно тронуться, нужно выжать педаль сцепления, включить первую передачу, быстро отпустить педаль до среднего положения и в нем педаль задерживается приблизительно на три секунды. После того как машина проехала около одного метра, педаль полностью отпускается.

При переходе на повышенную передачу сцепление нужно отпускать быстро, причем, чем передача выше, тем быстрее отпускается педаль. Все эти навыки достигаются постепенно в результате многократных тренировок.

Как вести себя в пробке и на светофоре

Учителя из автошкол советуют на светофоре полностью выжимать сцепление и устанавливать первую передачу. В то же время, подобные действия способствуют перегрузкам клапана и, как результат, приводят к преждевременному износу элемента.

Более оптимальным решением тут будет отжать педаль и перейти на нейтралку, а потом когда придет время ехать — выжать сцепление, вставить 1-ю передачу и плавно отпускать сцепление и ехать.

Если же говорить о пробках, то именно они являются самым злостным врагом сцепления. Потому что часто надо то выжимать, то отпускать педаль сцепления. В результате, система быстрее нагревается и изнашивается.

Важность такого элемента, как сцепление, является неоспоримой. От того, насколько правильно водитель сможет манипулировать этой педалью на автомобилях с механической трансмиссией, во многом зависит производительность и долговечность всего транспортного средства. Выше мы описали несколько основных советов, которые помогут новичкам разобраться с особенностями функционирования этого узла, а также позволят продлить срок его эксплуатации. Придерживаясь их, вы сможете быстро научиться тому, как управлять сцеплением на своем авто.

Диагностика отказов

Спецификой системы является тот факт, что на многих автомобилях возможность компьютерной диагностики отсутствует. Диски действительно трудно оснастить дополнительными датчиками, которые могут указать на высокую степень износа отдельных механизмов или их отказ. Поэтому основными методами контроля до сих пор являются звуковое и динамическое исследование устройств, вторичные признаки в виде изменения хода педали, приемистости автомобиля, наличия посторонних механических изменений.

Сцепление является сложным механизмом автомобиля. При появлении первых признаков неисправности следует немедленно приступать к устранению проблемы. Промедление может грозить дорогостоящим ремонтом двигателя и КПП.

Начало движения автомобиля на подъеме

Многие водители-новички испытывают серьезные трудности при старте автомобиля на подъеме. Но, зная принцип работы сцепления механической коробки и последовательность действий, они будут делать это намного увереннее. Данную последовательность действий можно использовать, когда в машине плохо работает ручной тормоз:

Почему частично отпущенное сцепление заменяется собой педаль тормоза? Данный эффект – результат уловленного силового баланса между силой гравитационного притяжения и статической силы трения колес. Их неподвижность обеспечивается балансом силы двигателя, который толкает автомобили вперед и той же силой трения покоя. Но такая работа со сцеплением при остановках повышает износ фрикционного материала диска сцепления.

Распространенные проблемы сцепления

В 1950-е — 1970-е гг. приходилось менять сцепление каждые 80 000 — 100 000 км. Ресурс современных сцеплений составляет более 130 000 км при правильной эксплуатации и обслуживании. В противном случае, сцепление может выйти из строя на 55 000 км. У перегруженных грузовиков и буксирующих тяжелые грузы тягачей могут возникнуть проблемы даже с новым сцеплением.

Основная проблема заключается в износе фрикционного материала диска. Фрикционный материал на диске сцепления схож с фрикционным материалом тормозных колодок — со временем он стирается. При износе большей части фрикционного материала диск начинает проскальзывать, и сцепление не передает мощность от двигателя на колеса.

Износ сцепления происходит только при вращении дисков с разной скоростью. Когда диски прижаты друг к другу, фрикционный материал удерживает диски, и они вращаются с одинаковой скоростью. Износ происходит, если диск сцепления проскальзывает по нажимному диску. Но если Вы водите с частым просказыванием сцепления, износ проходит намного быстрее.

Проблемы со сцеплением также могут возникнуть, если диск сцепления не может оторваться от нажимного диска. Если сцепление выжато не до конца, оно продолжает вращать ведущий вал. Это может привести к включению передачи «с хрустом» или заклиниванию передач. Это может произойти по следующим причинам:

  • Трос сцепления растянут или поврежден — Для эффективной работы кабеля требуется достаточное натяжение.
  • Протекание или износ главного/рабочего цилиндра сцепления — Протечка не позволяет обеспечить достаточное давление.
  • Воздух в гидравлическом трубопроводе — Воздух влияет на работу гидравлики, т.к. занимает пространство и не позволяет обеспечить достаточное давление.
  • Неправильно установленный рычаг педали сцепления — Передает слабое усилие на трос или главный цилиндр гидравлической системы.
  • Несовместимость деталей сцепления — Не все детали, представленные на послегарантийном рынке, подходят для Вашего автомобиля.

Тугое сцепление — еще одна распространенная проблема. Для полного выключения сцепления требуется определенное усилие. Слишком тугая педаль сцепления может свидетельствовать о неисправности. Причин может быть несколько: заел рычаг педали, трос, поперечный валик или подшипник вилки сцепления. Иногда износ уплотнений и затор в гидравлической системе могут привести к тому, что педаль сцепления становится тугой. Еще одна частая проблема — это износ выжимного подшипника, который также называют подшипник выключения сцепления. Этот подшипник надавливает на лепестки диафрагменной пружины нажимного диска. Если Вы слышите неприятный звук при нажатии на педаль сцепления, это может свидетельствовать о неисправном выжимном подшипнике.

Продлеваем срок службы

Сцепление – это, пожалуй, один из самых износостойких элементов в конструкции автомобиля. Качественный узел может прослужить 200 и более тысяч километров. Однако чтобы ваша коробка не потребовала ремонта уже на первых неделях езды, нужно знать определенные правила эксплуатации.

При вождении автомобиля с механической трансмиссией, прежде всего, научитесь правильно нажимать на педаль. В то время когда вы приотпускаете ее, происходит включение сцепления. В этот момент пружина нажимного диска подводит ведомый механизм к маховику. Происходит плавное притирание элементов. За счет этого диск немного проскальзывает относительно маховика, последний также начинает вращаться.

устройство сцепления автомобиля

На следующем этапе необходимо дать небольшое время узлу для того, чтобы обороты максимально сравнялись. Для этого следует удерживать педаль в средней позиции примерно 2-3 секунды. После этого количество оборотов маховика приблизится к скорости вращения диска. Итак, автомобиль потихоньку набирает ход.

Что же делать далее? Когда маховик с ведомым и нажимным диском стал самостоятельно вращаться с одинаковой скоростью и без проскальзываний, происходит максимально высокая передача крутящего момента. В таком случае необходимость в повторном разъединении КПП и двигателя отсутствует (разве что при экстренном торможении). Как только машина тронулась, а на спидометре уже больше 10 километров в час, педальку можно смело отпускать. Дальше аналогичным путем переключаемся на повышенную передачу вплоть до 5-й (если это позволяют ПДД).

схема сцепления автомобиля

Обратите внимание, что если при трогании с места внезапно сбросить педаль сцепления, машина будет ехать рывками, а через 3-4 секунды заглохнет. Это происходит из-за того, что при резкой притирке дисков мотор передает всю мощь на коробку, тем самым попросту рвет ее. Нагрузка на шестерни увеличивается, соответственно, ресурс механизмов трансмиссии уменьшается. Резко отпускать педаль при трогании не следует, так как это очень вредит вашему автомобилю. Лишь когда машина набирает достаточно большую скорость (это уже 3-5 передача), при переключении на повышенную можно «бросать» педаль сходу.

Как может сгореть сцепление?

Диск сцепления, снабжённый специальными фрикционными накладками, усилием мощной пружины прижимается к маховику, а другая его сторона жёстко зацепляется с первичным валом коробки передач. Со временем фрикционы диска изнашиваются — сцепление начинает буксовать и сильно нагреваться, а затем и вовсе перестаёт работать.

Характеристики керамического и металлокерамического сцепления

В последнее время любители экстремальной быстрой езды открыли для себя керамическое и металлокерамическое сцепление. Керамика значительно выигрывает, если ее установить на мощный агрегат, который любит стартовать с пробуксовкой и сжигать резину. Металлокерамическое сцепление может выдерживать значительные нагрузки и является лучшим выбором гонщиков.


Диски производят с добавление углеродистого волокна, кевлара и керамики. Такой состав позволяет на 10–15% поднять передачу крутящего момента без увеличения прижимной силы, оказываемой на корзину. Живут такие диски, как правило, в четыре раза дольше обычных. Производят 3-х, 4-х, 6-и лепестковые модели, которые отлично справляются с температурными и механическими нагрузками. Некоторые водители жалуются на слишком резкое переключение передач при керамическом сцеплении, но определенного
мнения на этот счет среди автомобилистов пока нет.

Чтобы детально понимать принцип работы сцепления автомобиля теорию необходимо подкреплять практикой. Если такой возможности нет, увидеть наглядный пример можно на роликах в сети.

Что в итоге

Как видно, водителям транспортного средства с МКПП нужно во время езды на автомобиле постоянно выполнять выключение и включение сцепления. При этом для продления срока службы элемента нужно избегать того, чтобы сцепление подвергалось нагрузкам.

Рекомендуем также прочитать статью о том, как устроена и работает автоматизированная роботизированная коробка передач. Из этой статьи вы узнаете о том, что такое РКПП (АМТ), какие виды и отличия встречаются в устройстве данных коробок передач-роботов.

Для этого нужно трогаться с места с невысоких оборотов ДВС, отпуская сцепление плавно, не держать передачу включенной и стоять с нажатой педалью сцепления на светофорах, буксовать в грязи или снегу с наполовину включенным сцеплением и т.д.

Что касается РКПП, основной рекомендацией является перевод рычага в салоне в режим N даже при кратковременном простое. Дело в том, что на роботе нельзя ездить так, как на классической АКПП. В случае простого нажатия на педаль тормоза в  автоматическом режиме D «робот» держит сцепление включенным, тем самым быстро изнашивая элемент.

Напоследок отметим, что освоив принцип работы и получив навыки работы с педалью сцепления, водитель сможет обеспечить плавность хода автомобиля, добиться комфортного переключения передач и увеличить ресурс сцепления.

[spoiler title=»Источники»]

  • https://TechAutoPort.ru/transmissiya/sceplenie-i-mufty/sceplenie.html
  • https://ZnanieAvto.ru/mufta/sceplenie-avtomobilya-i-ego-ustrojstvo.html
  • https://k-SportRacing.ru/moto-marki/ustrojstvo-gidravlicheskogo-scepleniya.html
  • https://DriverAdviser.ru/ustrojstvo-scepleniya-mehanicheskoj-korobki-peredach.html
  • https://mashinapro.ru/1945-ustroystvo-i-principy-raboty-scepleniya.html
  • https://pricurivatel.ru/ustrojstvo-i-princip-raboty-scepleniya-avtomobilya
  • https://avtocity365.ru/ustrojstvo-i-ekspluatatsiya-avtomobilya/kak-rabotaet-stseplenie-v-avtomobile/
  • https://avto-cool.com/sovetyi-avtomobilistam/pedal-stsepleniya-v-mashine-na-mehanike-dlya-chego-nuzhna-i-kak-polzovatsya
  • https://tractoramtz.ru/traktora/gde-nahoditsya-stseplenie-v-mashine.html
  • https://farm69.ru/kakuyu-rol-igraet-stseplenie-avtomobi/
  • https://ZSD-kabinet.ru/ustrojstvo-avtomobilya-principy-raboty-scepleniya
  • https://novoe-info.ru/dlya-chego-v-mashine-stseplenie/
  • https://tractoramtz.ru/kak-rabotaet/printsip-raboty-stsepleniya-i-korobki-peredach.html
  • http://KrutiMotor.ru/stseplenie-v-ustrojstve-transmisii-shema-i-printsip-raboty/

[/spoiler]