Что такое фрикционы или сцепление

Принцип работы сцепления

Сцепление является важным конструктивным элементом трансмиссии автомобиля. Сцепление предназначено для кратковременного отсоединения двигателя от трансмиссии и плавного их соединения при переключении передач, а также предохранения элементов трансмиссии от перегрузок и гашения колебаний. Сцепление автомобиля располагается между двигателем и коробкой передач.

В зависимости от конструкции различают следующие типы сцепления:

✔фрикционное сцепление;
✔гидравлическое сцепление;
✔электромагнитное сцепление.

Фрикционное сцепление передает крутящий момент за счет сил трения. В гидравлическом сцеплении связь обеспечивается за счет потока жидкости. Электромагнитное сцепление управляется магнитным полем.

Самым распространенным типом сцепления является фрикционное сцепление. Различает следующие виды фрикционного сцепления:

✔однодисковое сцепление;
✔двухдисковое сцепление;
✔многодисковое сцепление.

В зависимости от состояния поверхности трения сцепление может быть сухое и мокрое. В сухом сцеплении используется сухое трение между дисками. Мокрое сцепление предполагает работы дисков в жидкости.

На современных автомобилях устанавливается в основном сухое однодисковое сцепление. Однодисковое сцепление имеет следующее устройство:

✔маховик;
✔картер сцепления;
✔нажимной диск;
✔ведомый диск;
✔диафрагменная пружина;
✔подшипник выключения сцепления;
✔муфта выключения;
✔вилка сцепления.

Схема однодискового сцепления

Маховик устанавливается на коленчатом вале двигателя. Он выполняет роль ведущего диска сцепления . На современных автомобилях применяется, как правило, двухмассовый маховик. Такой маховик состоит из двух частей, соединенных пружинами. Одна часть соединена с коленчатым валом, другая — с ведомым диском. Конструкция двухмассового маховика обеспечивает сглаживание рывков и вибраций коленчатого вала. В картере сцепления размещаются конструктивные элементы сцепления. Картер сцепления крепиться болтами к двигателю.

Нажимной диск прижимает ведомый диск к маховику и при необходимости освобождает его от давления. Нажимной диск соединен с корпусом (кожухом) с помощью тангенциальных пластинчатых пружин. Тангенциальные пружины, при выключении сцепления, выполняют роль возвратных пружин.

На нажимной диск воздействует диафрагменная пружина, обеспечивающая необходимое усилие сжатия для передачи крутящего момента. Диафрагменная пружина наружным диаметром опирается на края нажимного диска. Внутренний диаметр пружины представлен упругими металлическими лепестками, на концы которых воздействует подшипник выключения сцепления. Диафрагменная пружина закреплена в корпусе. Для закрепления используются распорные болты или опорные кольца.

Нажимной диск, диафрагменная пружина и корпус образуют единый конструктивный блок, который носит устоявшееся название корзина сцепления. Корзина сцепления имеет жесткое болтовое соединение с маховиком. По характеру работы различают два типа корзин сцепления — нажимного и вытяжного действия. В распространенной корзине сцепления нажимного действия лепестки диафрагменной пружины при выключении сцепления перемещаются к маховику. В вытяжной корзине сцепления наоборот — лепестки диафрагменной пружины перемещаются от маховика. Данный тип корзины сцепления характеризуется минимальной толщиной, поэтому применяется в стесненных условиях.

Ведомый диск располагается между маховиком и нажимным диском. Ступица ведомого диска соединяется шлицами с первичным валом коробки передач и может перемещаться по ним. Для обеспечения плавности включения сцепления в ступице ведомого диска размещены демпферные пружины, выполняющие роль гасителя крутильных колебаний.

На ведомом диске с двух сторон установлены фрикционные накладки. Накладки изготавливаются из стеклянных волокон, медной и латунной проволоки, которые запрессованы в смесь из смолы и каучука. Такой состав может кратковременно выдерживать температуру до 400°С. Накладки ведомого диска могут иметь и более высокую тепловую характеристику. На спортивных автомобилях устанавливают т.н. керамическое сцепление, накладки ведомого диска которого состоят из керамики, кевлара и углеродного волокна. Еще более прочные металлокерамические накладки, выдерживающие температуру до 600°С.

Подшипник выключения сцепления (обиходное название — выжимной подшипник) является передаточным устройством между сцеплением и приводом. Он располагается на оси вращения сцепления и непосредственно воздействует на лепестки диафрагменной пружины. Подшипник располагается на муфте выключения. Перемещение муфты с подшипником обеспечивает вилка сцепления.

Схема двухдискового сцепления

На грузовых и легковых автомобилях с мощным двигателем применяется двухдисковое сцепление. Двухдисковое сцепление осуществляет передачу большего крутящего момента при неизменном размере, а также обеспечивает больший ресурс конструкции. Это достигнуто за счет применения двух ведомых дисков, между которыми установлена проставка. В результате получены четыре поверхности трения.
Принцип работы сцепления

Однодисковое сухое сцепление постоянно включено. Работу сцепления обеспечивает привод сцепления.

При нажатии на педаль сцепления привод сцепления перемещает вилку сцепления, которая воздействует на подшипник сцепления. Подшипник нажимает на лепестки диафрагменной пружины нажимного диска. Лепестки диафрагменной пружины прогибаются в сторону маховика, а наружный край пружина отходит от нажимного диска, освобождая его. При этом тангенциальные пружины отжимают нажимной диск. Передача крутящего момента от двигателя к коробке передач прекращается.

При отпускании педали сцепления диафрагменная пружина приводит нажимной диск в контакт с ведомым диском и через него в контакт с маховиком. Крутящий момент за счет сил трения передается от двигателя к коробке передач.

Как работает сцепление, каковы его типичные неисправности, и как их избежать

Важным элементом механической трансмиссии является сцепление, которое служит для кратковременного отсоединения двигателя от трансмиссии. Кроме того, сцепление является своеобразным демпфером, защищающим двигатель от перегрузок. Как оно работает, и как продлить его жизнь?

Как работает сцепление?

В большинстве легковых автомобилей с механической коробкой передач используется сухое однодисковое сцепление. Его конструкция довольно проста: это два взаимно прилегающих диска – ведущий (корзина) и ведомый, выжимной подшипник и система привода. В однодисковом варианте первичный вал коробки передач входит в шлицевую муфту в центре ведомого диска, а поверхности маховика двигателя, накладок ведомого диска и нажимного диска корзины плотно прилегают друг к другу. За счет этого и обеспечивается передача потока мощности от двигателя к коробке передач, причем исправное сцепление спокойно «переваривает» всю мощность, развиваемую двигателем.

В обиходе ведущий диск сцепления, включающий в себя нажимной диск (с гладкой блестящей поверхностью), диафрагменную пружину (лепестки в центре) и кожух, называют корзиной

При нажатии на педаль сцепления выжимной подшипник воздействует на пластинчатые пружины корзины, из-за чего поверхности ведомого и ведущего дисков рассоединяются. Соответственно, происходит отключение первичного вала от маховика – то есть, физическое рассоединение двигателя и коробки передач, что позволяет переключить передачу или включить «нейтралку». При включении сцепления (отпускании педали) выжимной подшипник перестает давить на пластинчые пружины, и диски снова смыкаются, а демпферные пружины в центральной части ведомого диска гасят крутильные колебания, возникающие в движении.

Хорошо видны четыре демпферные пружины ведомого диска сцепления, а также изношенные фрикционные накладки

При нормальной работе сцепления оно не привлекает к себе внимания. Но при его неисправности водитель, к примеру, не сможет включить передачу или тронуться с места. Какие же возможны проблемы?

Какие неисправности могут возникнуть при работе сцепления?

Итак, с какими же проблемами в работе сцепления можно столкнуться на практике? Во-первых, это неполное выключение сцепления — как говорят опытные водители, оно «ведёт». При нажатии педали поверхности маховика и ведомого и ведущего дисков в таком случае не размыкаются полностью, и попытки переключить передачу сопровождаются хрустом и скрежетом кареток сихронизаторов, ведь полного разъединения коробки передач и мотора не происходит.

Обратная неприятность – пробуксовка сцепления: то есть, его неполное включение. При этом поверхности маховика, ведомого диска и ведущего диска, наоборот, неплотно прилегают друг к другу и проскальзывают, из-за чего может возникнуть характерный запах горелых фрикционных накладок ведомого диска, а попытка резко набрать скорость приводит лишь к увеличению оборотов коленчатого вала. От двигателя на колёса при этом передается лишь небольшая часть мощности – до тех пор, пока износ поверхностей не становится критическим.

Если сцепление «буксует», вместо автомобиля «разгоняется» только стрелка тахометра

Наконец, возможны и такие неисправности, как возникновение вибраций и посторонних призвуков при включении-выключении сцепления.

Из-за чего возникают неисправности сцепления?

Обычно каждая возникшая проблема со сцеплением имеет свою предысторию. К примеру, сцепление может начать буксовать из-за сильного износа на больших пробегах автомобиля, когда фрикционные накладки ведомого диска износились, а рабочие поверхности корзины и маховика имеют выработку.

Во-вторых, сцепление можно просто «сжечь» — например, по неопытности или после длительных перегрузок. Такое, к примеру, бывает у любителей длительных выездов «враскачку» на бездорожье или в глубоком снегу, а также у поклонников резких стартов с педалью газа в пол.

Что такое фрикционы или сцепление

Фрикционное сцепление представляет собой муфту, в которой крутящий момент передается за счет сил трения между трущимися поверхностями. Фрикционное сцепление состоит из ведущей и ведомой частей, нажимного механизма и механизма выключения. Ведущая часть сцепления воспринимает от маховика крутящий момент двигателя, а ведомая — передает его первичному валу коробки передач. Нажимной механизм обеспечивает плотное прижатие ведущей и ведомой частей сцепления для создания нобходимого момента трения. Механизм выключения служит для управления сцеплением. Привод выключения сцеплением может быть механическим или гидравлическим. В некоторых конструкциях фрикционных сцеплений для облегчения выключения сцепления применяют пневматический усилитель.

На рис. 1 показаны схемы одно- и двухдискового сцеплений. Ведущая часть однодискового сцепления состоит из маховика, связанного с коленчатым валом двигателя, нажимного диска, кожуха муфты и направляющих пальцев. Ведомая часть имеет ведомый диск, расположенный на валу коробки передач, установленном в роликоподшипнике. Нажимной механизм состоит из пружин, установленных в кожухе. В механизм выключения сцепления входят пальцы, опоры выключающих рычагов, отжимные рычаги, передвижная муфта, педаль, тяга, вилка выключения, отжимная пружина. Все детали помещены внутри картера маховика и картера муфты сцепления. В двухдисковом сцеплении ведущая часть состоит из двух ведущих дисков с направляющими пальцами, а ведомая — из дисков. Для обеспечения необходимой «чистоты» выключения служат отжимная пружина и регулировочный болт промежуточного диска.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Рис. 1. Схемы фрикционных сцеплений:
а — однодисковое; б — двухдисковое

Материалом ведущих дисков является обычно чугун, ведомых — сталь, облицованная фрикционными материалами. Для уменьшения момента инерции ведомых дисков их делают из тонкой листовой стали, пружинящие свойства которой позволяют повысить плавность включения и выключения муфты.

Наиболее распространены на автомобилях и тракторах однодисковые сухие фрикционные сцепления с механическим приводом управления. Такие сцепления надежны, износоустойчивы, просты по конструкции и дешевы в изготовлении. Сцепление обычно располагается в картере, закрепленном на блок-картере двигателя, и состоит из ведущей и ведомой частей, механизмов выключения и управления. Ведущая часть сцепления состоит из маховика соединенного болтами с кожухом, и ведущего (нажимного) диска. Диск связан с кожухом пружинными пластинами, через которые вращение от кожуха передается на диск; пластины допускают также осевое перемещение диска при выключении сцепления. Ведомая часть сцепления состоит из стального диска с приклепанными к нему фрикционными накладками и ступицы, надетой на шлицы первичного вала коробки передач. Диск и ступица соединены между собой через гаситель крутильных колебаний пружинами. Нажимной механизм сцепления включает в себя шестнадцать нажимных пружин, которые опираются на диск через теплоизолирующие прокладки.

Механизм выключения состоит из четырех рычагов, муфты, с упорным подшипником и вилки, охватывающей муфту. Выключающие рычаги 8 установлены на осях вилок и присоединяются к диску шарнирно с помощью игольчатых подшипников и осей. Вилки присоединяются к кожуху сферическими регулировочными гайками таким образом, что могут качаться при повороте выключающих рычагов. Против внутренних концов рычагов 8 на втулке установлена подвижно муфта, удерживаемая в исходном положении оттяжной пружиной.

Привод управления сцеплением состоит из педали, закрепленной на валике. На этом же валике размещен рычаг, соединенный с рычагом регулируемой тягой. При нажатии на педаль сцепления валик поворачивается и рычагом перемещает тягу выключения сцепления. Перемещение тяги влечет за собой поворот валика с вилкой. Вилка, поворачиваясь, перемещает вперед муфту, которая нажимает на рычаги, заставляя их поворачиваться вокруг осей. Наружные концы рычагов отводят назад ведущий диск, преодолевая сопротивление пружин. Ведущий диск перестает нажимать на ведомый диск, и сцепление выключается. При отпускании педали муфта выключения отходит назад под действием пружин, и сцепление включается.

При гидравлическом приводе управления сцеплением, который применяется на всех легковых и некоторых грузовых ( ГАЗ -66) автомобилях, педаль выключения сцепления соединена с толкателем главного цилиндра, действующим на его поршень. При нажатии на педаль поршень, перемещаясь вперед, перекрывает компенсационное отверстие, через которое сообщается рабочая полость цилиндра с бачком, и вытесняет рабочую жидкость по трубопроводу из главного цилиндра в рабочий. Под давлением жидкости поршень рабочего цилиндра перемещается вправо и через толкатель действует на вилку, которая отводит выжимной подшипник и выключает сцепление. Гидравлический привод управления сцеплением имеет более высокий КПД , чем механический привод, обеспечивает плавность включения сцепления, дает возможность осуществления дистанционного управления в машинах с задним расположением двигателя или с опрокидывающейся кабиной.

Рис. 2. Однодисковое автомобильное сцепление

Рис. 3. Механический привод управления сцеплением

Рис. 4. Гидравлический привод управления сцеплением

В большегрузных автомобилях ( МАЗ -500), имеющих механический привод сцепления, для облегчения управления иногда применяют пневматический усилитель. Схема такого усилителя приведена на рис. 87. Усилитель состоит из силового цилиндра и клапана управления. В силовой цилиндр сжатый воздух подается из пневматической системы автомобиля. В рабочей полости силового цилиндра установлен поршень, шток которого соединен с тягой выключения сцепления. С этой же тягой соединена через узел педаль. Узел допускает свободное перемещение нижнего конца педали относительно тяги на величину Д. Это необходимо для управления клапаном с помощью тяги и рычага, связывающих шток клапана управления с педалью. Клапан управления закреплен на штоке силового цилиндра и включает в себя кроме штока корпус и пластинчатый затвор.

При отпущенной педали сцепления все детали привода и усилителя под действием пружины занимают исходное положение, при котором сцепление включено, а рабочая полость силового цилиндра через шланг и полый шток клапана сообщается с атмосферой. При нажатии на педаль ее нижний конец смещается на величину Д относительно тяги, и рычаг поворачивается против часовой стрелки, перемещая влево рычаг. Рычаг, упираясь в пластинчатый затвор, передвигает его влево, открывая доступ сжатому воздуху из баллона через полости А и Б и шланг в силовой цилиндр. Под действием давления сжатого воздуха шток передает дополнительное усилие на тягу, облегчая выключение сцепления.

Рис. 5. Схема пневматического усилителя привода сцепления при отпущенной педали (а) и при нажатии на педаль (б)

Устройство автомобилей

Ступенчатые трансмиссии

Фрикционные сцепления

Сцепление фрикционного типа устанавливается на маховике и состоит из ведущих и ведомых элементов, нажимного механизма и механизма выключения.

К ведущим элементам сцепления относятся те детали и узлы, которые воспринимают крутящий момент от маховика и передают его на ведомые детали. К ним можно отнести собственно маховик, кожух сцепления и нажимной диск.

Нажимной диск должен иметь возможность перемещаться в осевом направлении при включении и выключении сцепления, и в то же время не перемещаться в тангенциальном направлении относительно кожуха и маховика. С этой целью на некоторых сцеплениях нажимной диск соединяют с кожухом с помощью упругих пластин, которые одним концом закрепляются на кожухе, другим — на нажимном диске (рис. 1, а). Передача крутящего момента может также осуществляться бобышками нажимного диска, которые входят в окна, выполненные в кожухе (рис. 1, б).

При необходимости передачи большого крутящего момента кожух вообще исключается из участия в этой работе, а нажимные диски воспринимают крутящий момент сразу от маховика с помощью шипов, которые входят в пазы, выполненные на маховике (рис. 1, в).

Недостатком этого способа передачи крутящего момента является достаточно большое трение, возникающее между боковыми поверхностями пазов и шипов при осевом перемещении нажимного диска и препятствующее выключению сцепления.

К ведомым элементам сцепления относятся ведомые диски 4 (рис. 2), воспринимающие крутящий момент от ведущих элементов и передающих его на первичный вал коробки перемены передач.

Ведомые диски при включенном сцеплении не будут проскальзывать относительно ведущих деталей, если будет выполняться условие равенства максимального момента М_с трения сцепления и максимального крутящего момента М_max двигателя с учетом коэффициента запаса:

где
β – коэффициент запаса сцепления;
μ – коэффициент трения между активными поверхностями ведущего и ведомого дисков;
Р_пр – усилие, создаваемое нажимным устройством;
R_ср – средний радиус трения (зависит от радиуса активной поверхности трения ведущего и ведомого дисков);
i – число поверхностей трения.

В зависимости от условий эксплуатации автомобиля сцепления могут выполняться с коэффициентом запаса равным 3 и более.

Из формулы (1) следует, что для передачи бόльшего крутящего момента диски должны выполняться бόльшего диаметра, а существенным фактором, обеспечивающим его работу, является коэффициент трения между активными поверхностями ведомого и ведущего дисков. Для повышения коэффициента трения на дисках крепятся фрикционные накладки, изготовленные из различных материалов, обладающих хорошими фрикционными свойствами, износоустойчивостью и термической стойкостью.
Широко применяемые ранее фрикционные накладки с добавлением 50% асбеста в настоящее время применяются редко из-за экологической вредности асбестовой пыли, попадающей в воздух при производстве накладок и при их изнашивании в результате трения.

Ведомые диски оснащаются гасителями крутильных колебаний . Источником вынужденных колебаний валов трансмиссии в основном являются неравномерная работа двигателя и ведущих колес автомобиля при движении по неровностям дороги.
При совпадении частот вынужденных колебаний и собственных колебаний трансмиссии могут возникнуть резонансные явления, вызывающие большие динамические знакопеременные нагрузки в трансмиссии, что может привести к поломке деталей и аварийной ситуации при движении автомобиля.
Поэтому в конструкции сцепления необходимо предусмотреть механизм, снижающий вероятность или полностью исключающий подобные явления.

С этой целью и применяются гасители крутильных колебаний, состоящие из нескольких цилиндрических пружин, размещенных по окружности на ведомом диске в специальной ступице на некотором расстоянии от оси вращения.
Гаситель крутильных колебаний за счет упругости пружин и сил трения поглощает часть энергии колебательных и динамических перегрузок благодаря возможности относительного перемещения ведомого и ведущего диска в тангенциальном направлении (по касательной) к оси вращения. При этом энергия колебаний и превращается в тепловую энергию сил внутреннего (в витках пружины) и внешнего трения.

Нажимным механизмом является нажимная пружина 6 (см. рис. 2). От нажимного усилия зависит максимальное значение и надежность передачи крутящего момента от ведомых элементов сцепления к ведомым.

Наибольшее распространение получили центральная мембранная пружина и периферийные цилиндрические пружины, располагаемые в один или два ряда. С целью обеспечения равномерности усилия по всей площади нажимного диска число пружин должно быть кратным количеству рычагов выключения.

Механизм выключения сцепления включает рычаги выключения сцепления 12 (рис. 2) и вилки рычагов 11. Длины плеч рычагов должны обеспечить достаточный ход нажимного диска для чистоты выключения сцепления и облегчить водителю процесс выключения. Поэтому они выполняются с передаточным числом от 4,5 до 4,85.
В некоторых конструкциях сцеплений для уменьшения износа концов рычагов к ним прикрепляют упорное кольцо, исключающее непосредственный контакт рычагов и подшипника выключения (выжимного подшипника). В сцеплениях с мембранной нажимной пружиной рычаги отсутствуют, а их функцию выполняют лепестки самой пружины.

Вилки рычагов должны иметь возможность наклоняться, т. е. совершать качательные движения, так как при перемещении рычагов изменяется их положение, и, следовательно, расстояние между опорами рычагов. С этой целью вилки рычагов закрепляются на кожухе сцепления не жестко, а через регулировочную гайку со сферической поверхностью.

Работа сцепления может проходить в трех режимах: во включенном положении, в выключенном положении и при частичном выключении-включении (при трогании автомобиля с места).

При включенном положении (рис. 2, а), когда педаль сцепления 8 отпущена, нажимные пружины 6, воздействуя на нажимной диск 2, плотно зажимают ведомый диск 4 между маховиком 3 и нажимным диском. Крутящий момент через активные поверхности трения передается от ведущих элементов на ведомые, при этом угловая скорость вращения ведущих и ведомых элементов одинакова.

При выключенном сцеплении (рис. 2, б), когда педаль 8 сцепления нажата, через привод осуществляется воздействие на подшипник выключения 7, который перемещается в сторону маховика 3 и воздействует на конец рычага 12. При этом противоположные концы рычага отодвигают нажимной диск 2 от ведомого диска 4, сжимая нажимные пружины 6. Крутящий момент с ведущих элементов на ведомые не передается, и ведомый диск сцепления не вращается.

При трогании автомобиля с места педаль 8 сцепления отпускается плавно, внутренние концы рычагов 12 перемещаются в сторону от маховика 3, а нажимной диск начинает постепенно прижиматься к ведомому диску и передавать на ведомый диск плавно возрастающий крутящий момент. Когда он станет достаточным для преодоления сил сопротивления движению автомобиля, ведомый диск начнет вращаться, и автомобиль тронется с места.

Этот режим работы сцепления является самым напряженным, поскольку он сопровождается выделением значительного количества теплоты при проскальзывании ведомого диска и динамическими нагрузками при резком отпускании педали сцепления. В этом режиме имеет место максимальный износ рабочих поверхностей фрикционных накладок.

Полнота выключения сцепления обеспечивается наличием свободного хода педали, который определяется зазором между рычагами 12 выключения и подшипником выключения 7. В процессе эксплуатации из-за изнашивания фрикционных накладок этот зазор уменьшается. Уменьшается и величина свободного хода педали сцепления. Это может привести к пробуксовыванию сцепления во включенном состоянии.
Зазор восстанавливают соответствующими регулировками в приводе сцепления, но не изменением положения рычагов выключения сцепления.

Полнота выключения сцепления обеспечивается рабочим ходом педали сцепления (70…140 мм). В двухдисковых сцеплениях предусматриваются специальные устройства для принудительного отведения среднего нажимного диска и установки его в промежуточное положение относительно маховика и нажимного диска.

На некоторых сцеплениях легковых автомобилей зазор между рычагами и подшипником выключения сцепления отсутствует (подшипник все время прижат к рычагам и вращается вместе с ними). Это позволяет исключить ударные нагрузки на подшипник при выключении сцепления и продлить срок его службы. В этом случае полнота включения и выключения сцепления обеспечивается полным ходом педали.

Наглядно с работой фрикционного сцепления можно ознакомиться, посмотрев размещенный внизу страницы видеоролик. Здесь же рассказывается о взаимодействии сцепления с другими агрегатами трансмиссии и о том, как правильно управлять фрикционным сцеплением.

Устройство и принцип работы сцепления автомобиля

Сцеплением называется механизм трансмиссии, передающий крутящий момент от двигателя к коробке передач за счет силы трения. Также оно позволяет кратковременно отсоединить двигатель от трансмиссии и вновь их плавно соединить. Существует достаточно много разновидностей муфт сцепления. Они различаются по количеству ведомых дисков (однодисковое, двухдисковое или многодисковое), по типу рабочей среды (сухое или мокрое) и по типу привода. Разные виды сцеплений имеют соответствующие преимущества и недостатки, но наибольшее распространение на современных автомобилях получило однодисковое сухое сцепление либо с механическим, либо гидравлическим приводом.

1. Функции сцепления
2. Элементы муфты сцепления
3. Принцип работы
4. Виды сцепления
5. Сухое сцепление
6. Мокрое сцепление
7. Сухое двухдисковое сцепление
8. Сцепление двухмассового маховика
9. Ресурс сцепления
10. Особенности керамического сцепления

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.

Элементы муфты сцепления

Стандартная муфта сцепления, применяющаяся на большинстве автомобилей с механической коробкой передач, включает следующие основные элементы:

• Маховик двигателя – ведущий диск.
• Ведомый диск сцепления.
• Корзина сцепления – нажимной диск.
• Выжимной подшипник сцепления.
• Муфта выключения сцепления.
• Вилка сцепления.
• Привод сцепления.

На ведомый диск сцепления с обеих сторон установлены фрикционные накладки. Его функция – передача крутящего момента за счет силы трения. Встроенный в корпус диска пружинный демпфер крутильных колебаний смягчает соединение с маховиком и гасит вибрации и нагрузки от неравномерности работы двигателя.

Схема расположения диска сцепления, корзины и выжимного подшипника с муфтой выключения

Нажимной диск и диафрагменная пружина, воздействующие на ведомый диск сцепления, в сборе представляют собой единый узел, получивший название “корзина сцепления”. Ведомый диск сцепления расположен между корзиной и маховиком и соединен с первичным валом коробки передач с помощью шлицев, по которым он может перемещаться.

Диафрагменная пружина корзины может быть либо нажимного, либо вытяжного принципа действия. Отличие – в направлении приложения усилия от привода сцепления: к маховику или от маховика. Особенность конструкции пружины вытяжного действия позволяет использовать корзину, толщина которой значительно меньше. Это делает узел максимально компактным.

Принцип работы

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

Схема работы диафрагменной пружины

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

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

Виды сцепления

Сухое сцепление

Принцип действия сцепления данного типа основан на силе трения, возникающей при взаимодействии сухих поверхностей: ведущего, ведомого и нажимного дисков. Это обеспечивает жесткую связь двигателя и коробки передач. Сухое однодисковое сцепление – самый распространенный вид, использующийся на основной массе автомобилей с механической КПП.

Мокрое сцепление

Данный вид сцепления предполагает работу трущихся поверхностей в масляной ванне. По сравнению с сухой, такая схема обеспечивает более плавное соприкосновения дисков; узел эффективнее охлаждается за счет циркуляции жидкости и может передавать больший момент на трансмиссию.

Двойное сцепление мокрого типа

Мокрая схема обычно применяется на современных роботизированных КПП с двойным сцеплением. Особенность работы такого сцепления заключается в том, что на четные и нечетные передачи КПП подается крутящий момент от отдельных ведомых дисков. Привод сцепления – гидравлический, управляемый электроникой. Переключение скоростей происходит при постоянной передаче крутящего момента на трансмиссию без разрыва потока мощности. Данная конструкция является более дорогой и сложной в производстве.

Сухое двухдисковое сцепление

Сухое двухдисковое сцепление предполагает наличие двух ведомых дисков и промежуточной проставки между ними. Данная схема способна передать больше крутящего момента при тех же размерах механизма сцепления. Сама по себе она проще в производстве по сравнению с мокрой. Обычно применяется на грузовиках и легковых автомобилях с особо мощными двигателями.

Сцепление двухмассового маховика

Двухмассовый маховик состоит из двух частей. Одна из них связана с двигателем, вторая – с ведомым диском. Обе составляющие маховика имеют небольшой свободный ход относительно друг друга в плоскости вращения и соединены пружинами между собой.

Схема двухмассового маховика

Особенностью сцепления двухмассового маховика является отсутствие пружинного демпфера крутильных колебаний в ведомом диске. Функция гашения колебаний заложена в конструкцию маховика. Помимо передачи крутящего момента он максимально эффективно сглаживает вибрации и нагрузки, возникающие от неравномерности работы двигателя.

Ресурс сцепления

Ресурс сцепления главным образом зависит от условий эксплуатации автомобиля, а также от стиля езды водителя. В среднем, срок службы сцепления может доходить до 100-150 тысяч километров пробега. В результате естественного износа, возникающего в момент соприкосновения дисков, фрикционные поверхности изнашиваются и требуют замены. Основная причина – проскальзывание дисков.

Двухдисковое сцепление обладает большим ресурсом за счет увеличенного числа рабочих поверхностей. Выжимной подшипник сцепления задействуется при каждом разрыве соединения двигателя и коробки передач. Со временем в подшипнике вырабатывается и теряет свойства вся смазка, в следствие чего он перегревается и выходит из строя.

Особенности керамического сцепления

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

Диск сцепления с керамическими фрикционными накладками

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

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

Устройство и принцип действия сцепления

Про такое узел автомобиля как сцепление знают наверняка все. И многие знают, что нужно оно для возможности безопасного переключения передач и при начале движения автомобиля. Но как же устроено сцепление, этот довольно капризный в освоении в автошколе узел?

Ранее, в статье «Сцепление автомобиля», мы говорили о предназначении и классификации сцеплений. Теперь рассмотрим подробнее устройство и принцип работы самого распространенного типа сцепления — фрикционного сухого однодискового.

Устройство фрикционного сухого сцепления

Сухое фрикционное сцепление состоит из следующих основных частей:

— Маховик;
— Нажимной диск («корзина» сцепления);
— Ведомый диск (диск сцепления);
— Выжимной подшипник (подшипник выключения сцепления) и нажимная муфта;
— Детали привода сцепления.

Маховик. Маховик закреплен непосредственно на коленчатом валу двигателя и именно через него производится передача крутящего момента на трансмиссию. Сегодня обычно используются двухмассовые маховики: одна его часть крепится на коленвале, а вторая играет роль ведущего диска сцепления — на ней закреплены фрикционные накладки, за счет которых обеспечивается вращение ведомого диска. Части маховика соединены через пружины, выполняющие функции демпферов, снижающих уровень вибраций.

Нажимной диск («корзина»). Этот узел состоит из корпуса (который по форме напоминает корзину, за что и получил свое название) и непосредственно нажимного диска, соединенного с корпусом через пружину (или пружины). Пружины постоянно прижимают нажимной диск к ведомому диску, за счет чего и производится передача крутящего момента от двигателя коробке передач. В «корзине» могут использоваться несколько пружин, расположенных по кругу, однако сейчас чаще применяется одна пружина (диафрагма), состоящая из ряда тангенциальных (расположенных по радиусу) пластин. С одной стороны пластины соединены с корпусом, а в центре — с выжимным подшипником. Корзина жестко закреплена на маховике, вращаясь с ним как единое целое.

Ведомый диск. Расположен между маховиком и нажимным диском, его ступица надета на первичный вал коробки передач. Диск имеет сборную конструкцию: его основу составляет металлический диск, на котором с двух сторон находятся фрикционные накладки. Также в диске предусмотрены демпфирующие пружины, которые смягчают удары и делают передачу крутящего момента более плавной.

Выжимной подшипник и нажимная муфта. Это подшипник особой конструкции, который упирается в центральную часть диафрагменной пружины и производит ее сжатие при выжимании сцепления. Выжимной подшипник здесь необходим по простой причине: корзина вращается вместе с маховиком, и если бы не было подшипника, нажимная муфта подвергалась бы сильному износу. Наличие подшипника решает эту проблему, так как муфта давит на его внешнюю часть, которая не вращается, а усилие на пружину передается через внутреннее кольцо.

Детали привода сцепления. Это компоненты включения и выключения сцепления. Сюда входят вилка выключения сцепления (с ее помощью движется нажимная муфта), тросы (механический привод), гидроцилиндры и трубки (гидропривод), педаль и т.д.

Принцип работы фрикционного сцепления

Работа сухого однодискового фрикционного сцепления очень проста и сводится к следующему. Сцепление постоянно включено — это обеспечивается диафрагменной пружиной (или рядом пружин), которая прижимает нажимной диск к ведомому диску и к маховику. В таком положении весь узел сцепления вращается как единое целое, и крутящий момент полностью передается на коробку передач.

При переключении передач сцепление выключается: при нажатии на педаль пружина сжимается (с помощью привода сцепления, нажимной вилки, муфты и выжимного подшипника), ее пластины, закрепленные в «корзине», действуют как рычаги, и отводят нажимной диск от ведомого диска. В этот момент передача крутящего момента от двигателя коробке прекращается и можно переключить передачу.

После включения нужной передачи педаль сцепления отпускается, пружина возвращается в исходное положение, прижимая нажимной диск к ведущему диску и к маховику — передача крутящего момента возобновляется.

Однако главное преимущество и все возможности сцепления проявляются в момент начала движения автомобиля. Сцепление устроено таким образом, что диски могут прижиматься друг к другу с различным усилием, а поэтому передача крутящего момента может производиться в такой степени, в которой это необходимо. Если слегка отпустить педаль сцепления, то диски будут прижаты друг к другу слабо и проскальзывать, соответственно, и крутящий момент будет передаваться на коробку и колесам не полностью — так становится возможным трогание с места и плавный разгон автомобиля.

Двойное сцепление в автомобилях с АКП

В автомобилях с автоматической коробкой передач педали сцепления нет, однако само сцепление присутствует, но управляет им автоматика. При этом в разных типах «автоматов» работают различные типы сцепления. Например, в роботизированных АКП применяется двойное сцепление, которое имеет ряд принципиальных отличий от сцепления, описанного выше.

Двойное сцепление содержит два комплекта пластин, образующих фрикционные муфты, одна из которых отвечает за передачу крутящего момента к первичному валу нечетного ряда передач, вторая — к первичному валу четного ряда передач.

Двойное сцепление работает в масляной ванне (поэтому оно относится к «мокром» типу), в нем используется пакеты из нескольких фрикционных дисков (то есть, это многодисковое сцепление). В нормальном положении пластины разомкнуты и удерживаются с помощью пружин. Сжатие дисков (как переключение передач в АКП) осуществляется с помощью масла, подающегося под давлением в гидроцилиндры муфт.

Другие статьи

Винты, болты и гайки, разложенные по столу или в пластиковой емкости, легко теряются и повреждаются. Эту проблему при временном хранении метизов решают магнитные поддоны. Все о данных приспособлениях, их типах, конструкции и устройстве, а также о выборе и применении поддонов — читайте в этой статье.

В подвесках грузовых автомобилей, автобусов и другой техники предусмотрены элементы, компенсирующие реактивный момент — реактивные штанги. Соединение штанг с балками мостов и рамой осуществляется с помощью пальцев — об этих деталях, их типах и конструкции, а также о замене пальцев читайте в статье.

Многие модели автомобилей МАЗ оснащаются приводом выключения сцепления с пневматическим усилителем, важную роль в работе которого играет клапан включения привода. Все о клапанах включения привода сцепления МАЗ, их типах и конструкции, а также о подборе, замене и ТО данной детали — узнайте из статьи.

При ремонте поршневой группы двигателя возникают сложности с установкой поршней — выступающие из канавок кольца не позволяют поршню свободно войти в блок. Для решения этой проблемы используются оправки поршневых колец — о данных приспособлениях, их типах, конструкции и применении узнайте из статьи.