Принцип работы сцепления механической коробки

Принцип работы сцепления для новичков: Видео

Видео: Просто о сложном. Как работает сцепление

Многие из нас имеют лишь общее представление о том, как работает сцепление автомобиля. Изучить вопрос подробнее самостоятельно кажется маловероятным, из-за того, что все эти шестеренки, зубья и пружины в КПП кажутся очень сложными для понимания.

На самом деле в этом нет ничего сверхсложного. Главное, верно визуализировать нужную часть автомобиля и объяснить основные направления работы устройства. Например, на YouTube канале «Learn Engineering» была сделана виртуальная анимация, при помощи которой, мы сможем увидеть, как на самом деле работает сцепление на вашем автомобиле.

Вначале видео объяснено, что автомобиль с двигателем внутреннего сгорания не сможет полноценно работать без трансмиссии, поскольку он имеет крайне ограниченный крутящий момент в узком диапазоне оборотов. Трансмиссия же позволяет мотору работать в оптимальном диапазоне оборотов, гораздо более эффективно расходуя топливо и ресурс двигателя, не снижая при этом динамику транспортного средства.

В видеоролике говорится, что было бы глупо выключать двигатель для каждого переключения передачи, поэтому был разработан очень важный элемент КПП – сцепление.

Вкратце, сцепление на любом автомобиле использует трение для включения или отключения двигателя от передачи крутящего момента на колеса через коробку переключения передач, карданный вал и/или ведущие полуоси. Упрощенно, важнейшими элементами сцепления являются:

Диск сцепления с фрикционной поверхностью (1.45 минута видео)

Поэтому, для правильной работы сцепления, фундаментально важно чтоб на диске сцепления присутствовал, так называемый, фрикционный материал. Материал наносится с обеих сторон диска. Если покрытие частично или все сотрется, автомобиль не сможет даже тронуться с места. Отсюда, можно сделать вывод, что при трогании крайне важно следить за моментом отпуска педали сцепления. Если вы случайно сотрете фрикционный слой рабочей поверхности, сожжете сцепление, вы уже никуда не сможете поехать не заменив диски сцепления.

Первый диск сцепления устанавливается на маховике двигателя (ведомый, нажимной диск сцепления). Второй диск (ведущий) прижимается к первому при помощи нажимной муфты. Через входной вал крутящий момент переходит с двигателя на систему трансмиссии.

Нажимная муфта

Вторым важным элементом, без которого сцепление не сможет нормально работать – нажимная муфта. Ее внешняя часть присоединена болтами к маховику, непрерывно передавая вращающий момент на коробку переключения и далее к колесам. К муфте прикреплена так называемая, диафрагменная пружина (2.50 минута видеоролика). С ее помощью производится разводка двух дисков сцепления и рассоединение двигателя и КПП.

Вилка сцепления

Следующим элементом из стройной системы сцепления ручной КПП, описывается вилка сцепления и гидравлический механизм приводящий ее в движение от нажатия на педаль. 3.40 минута видео. При нажатой педали сцепления, при помощи гидравлического или механического привода активируется вилка сцепления, которая нажимая на центр диафрагменной пружины, рассоединяет мотор и КПП, давая возможность водителю включить требуемую передачу.

Вот и весь принцип работы сцепления в общих чертах. Не сложно, неправда ли?

Таким образом в общих чертах сцепление состоит из следующих элементов:

дисков сцепления с фрикционным материалом

ведущего диска сцепления

Под завершение видео разъясняется цель использования небольших цилиндрических пружин на диске сцепления. Они применяются для того чтобы смягчить вибрации и колебания, идущие от двигателя через диски сцепления на коробку передач, тем самым повышая не только комфорт, но и продлевая жизнь элементам трансмиссии автомобиля.

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.

Коробки передач с двумя сцеплениями: На подхвате

Роботизированные трансмиссии с двумя сцеплениями совмещают в себе достоинства механических и автоматических коробок передач. Геннадий Емелькин не только объясняет почему, но и рассказывает об интересных особенностях этих агрегатов.

Устройство роботизированной коробки с двумя сцеплениями:

Устройство роботизированной коробки с двумя сцеплениями

1 — первичный вал четных передач;

2 — первичный вал нечeтных передач и заднего хода;

3 — масляный насос;

4 — двойное сцепление;

5 — гидравлический механизм переключения;

6 — датчик включенной передачи;

7 — масляный фильтр;

8 — электрогидравлический блок.

Основные преимущества и недостатки автоматов известны: удобны в повседневной эксплуатации, передачи переключаются без разрыва потока мощности. Но платить за это приходится более высоким расходом топлива и худшей динамикой. С механикой все наоборот: она дешевле, экономичнее, но совершать бесчисленные движения руками и ногами нравится далеко не всем. Выход был найден в роботизированной трансмиссии с двумя сцеплениями. Такой агрегат сам переключает передачи и при этом не уступает ручным коробкам в экономичности.

В данном агрегате два ряда передач, каждый соединен с маховиком двигателя через собственное сцепление. Один ряд — это нечетные передачи и задний ход, второй — четные. При разгоне они переключаются последовательно. Автомобиль трогается на первой передаче, а коробка уже держит наготове включенную вторую, только момент через нее не передается — сцепление выключено. Как только понадобится перейти на повышающую передачу, диски первого сцепления разомкнутся, а другого — наоборот, сойдутся. При включенной второй передаче в другом ряду уже наготове третья. Процесс идет быстро, без рывков и разрыва потока мощности. Да и КПД трансмиссии такой же, как у обычной ручной коробки, — отсюда и высокая экономичность.

Алгоритм переключения на понижающие передачи зависит от степени нажатия на акселератор, интенсивности замедления, скорости автомобиля. Например, с шестой коробка может перепрыгнуть сразу на вторую, лишь на долю секунды задержавшись на пятой скорости параллельного ряда.

Схема распределения крутящего момента в коробке с двойным сцеплением.

Включены первая (сплошная линия) и вторая (прерывистая) передачи, но замкнуто лишь одно сцепление и момент передают только шестерни первой ступени. Вторая ждет, когда электроника переключит сцепление:

Схема распределения крутящего момента в коробке с двойным сцеплением.

1 — сцепление № 1;

2 — сцепление № 2;

3 — первичный вал четных передач;

4 — первичный вал нечетных передач;

5 — привод на колеса;

6 — дифференциал.

Сцепления в таких трансмиссиях применяют двух видов: «мокрые» и «сухие». Первые — это муфта с пакетом дисков в масле. Электроника дает команду исполнительным устройствам, гидроцилиндр сжимает диски, муфта замыкается. Для размыкания давление в приводе понижается — и диафрагменная пружина возвращает поршень гидроцилиндра в исходное положение.

«Сухое» сцепление напоминает аналогичное на автомобилях с обычной механической коробкой, только вместо одного узла здесь два. Установлены они последовательно, у каждого свои привод, корзина, ведомый диск. Между сцеплениями — ведущий диск, связанный с маховиком двигателя. Автоматика по очереди дергает то за один рычаг, то за другой, включая сцепления первого или второго валов, — корзина прижимает ведомый диск к ведущему и крутящий момент от двигателя перетекает в коробку.

Принцип работы «сухого» сцепления:

Принцип работы «сухого» сцепления

а — включено первое сцепление, крутящий момент передается на вал нечетных передач

(подписи на рисунке: 1 — первичный вал нечетных передач; 2 — нажимной диск; 3 — ведомый диск; 4 — ведущий диск; 5 — выжимной подшипник; 6 — маховик);

б — включено второе сцепление, крутящий момент передается на вал четных передач

(подписи на рисунке: 1 — первичный вал четных передач; 2 — нажимной диск; 3 — ведомый диск; 4 — ведущий диск).

Как у любой роботизированной коробки, у агрегата с двумя сцеплениями много общего с традиционной механикой. Разве что первичных и вторичных валов тут вдвое больше. Включаются передачи одинаково — соединением скользящей муфты синхронизатора с зубчатым венцом шестерни. Только ступени за водителя переключают гидроцилиндры, двигающие штоки вилок передач. Каждая вилка снабжена датчиком для определения ее точного положения.

Электрогидравлический блок, упрятанный в картере, объединяет большую часть управляющих элементов. Здесь собраны почти все клапаны, датчики, регуляторы давления и золотники, что существенно сокращает количество разъемов и упрощает сборку. Более того, при эксплуатации характеристики узлов меняются (например изнашиваются диски, стареет масло), а блок постоянно подстраивается к условиям работы, чтобы переключения оставались плавными и своевременными.

Система смазки у коробок с двойным сцеплением не только снижает износ трущихся поверхностей, но и отводит тепло от многодисковых муфт (речь, естественно, о коробках с «мокрыми» сцеплениями). Для их охлаждения предусмотрен отдельный контур с радиатором. Регулятор давления с оглядкой на температуру смазки корректирует производительность системы. Чем горячее масло на выходе из муфт, тем выше давление в контуре и интенсивнее охлаждение. В критической ситуации блок управления двигателем даже уменьшает подачу топлива, чтобы снизить нагрузку на коробку. Если это не помогает, то прекращается подача масла к муфтам и диски размыкаются — коробка требует оставить ее в покое на некоторое время. Ситуации, когда робот совсем выходит из строя, довольно редки. Даже при поломке одного из датчиков агрегат просто переходит в аварийный режим (отключается соответствующий ряд передач, машина движется на оставшихся двух или трех скоростях), чтобы автомобиль мог своим ходом добраться до сервиса.

АВТОМОБИЛИ C РОБОТИЗИРОВАННЫМИ КОРОБКАМИ С ДВОЙНЫМ СЦЕПЛЕНИЕМ

Роботизированные коробки с двойным сцеплением первыми примерили автомобили концерна «Фольксваген». С каждым годом таких агрегатов и моделей, на которые их устанавливают, становится все больше (см. таблицу). Ничего удивительного, ведь они практически лишены недостатков других трансмиссий.

Сцепление автомобиля: назначение и устройство

Назначение и устройство сцепления

Сцепление служит для кратковременного разъединения двигателя от трансмиссии и плавного их соединения при трогании с места, а также при переключении передач. Сцепление состоит из привода и механизма сцепления.

Устройство сцепления автомобиля

Схема гидравлического привода выключения сцепления и механизма сцепления:

1. коленчатый вал;
2. маховик;
3. ведомый диск;
4. нажимной диск;
5. кожух сцепления;
6. нажимные пружины;
7. отжимные рычаги;
8. нажимной подшипник;
9. вилка выключения сцепления;
10. рабочий цилиндр;
11. трубопровод;
12. главный цилиндр;
13. педаль сцепления;
14. картер сцепления;
15. шестерня первичного вала;
16. картер коробки передач;
17. первичный вал коробки передач.

Привод выключения сцепления

Привод выключения сцепления (гидравлического типа) состоит из:

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

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

Механизм сцепления

Механизм сцепления представляет собой устройство, в котором происходит передача крутящего момента за счет работы сил трения. Именно механизм сцепления позволяет кратковременно разъединять двигатель и коробку передач, а затем вновь
плавно их соединять.

Кроме того, сцепление предохраняет детали трансмиссии от перегрузок. При неравномерном вращении коленчатого вала двигателя в трансмиссии возникают колебания. Для их гашения в сцеплении имеется гаситель колебаний или демпфер. Элементы механизма заключены в картер сцепления, который крепится к картеру двигателя.

Детали механизма сцепления

Механизм сцепления состоит из:

• картера и кожуха,
• ведущего диска (которым является маховик коленчатого вала двигателя),
• нажимного диска с пружинами,
• ведомого диска со специальными износостойкими накладками и гасителем колебаний.

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

А для начала движения машины, необходимо прижать ведомый диск, связанный с ведущими колесами (через первичный вал коробки передач и другие составляющие трансмиссии), к вращающемуся маховику, то есть – включить сцепление.

Схема работы сцепления

Как правильно включать сцепление? Вначале приотпускаем педаль, то есть даем возможность пружинам нажимного диска подвести ведомый диск к маховику до их легкого соприкосновения. За счет сил трения диск, проскальзывая некоторое
время относительно маховика, тоже начнет вращаться, а ваш автомобиль потихоньку двигаться. Затем на две – три секунды удерживаем педаль сцепления в средней позиции для того, чтобы скорость вращения маховика и диска уравнялись.

Машина при этом немного увеличивает скорость движения. И, наконец, когда маховик вместе с нажимным и ведомым дисками уже вращаются вместе без проскальзывания с одинаковой скоростью, 100%-но передавая крутящий момент к коробке передач
и далее на ведущие колеса автомобиля, остается только полностью отпустить педаль сцепления и убрать с нее ногу.

Если при начале движения педаль сцепления резко бросить, то автомобиль «прыгнет» вперед, а двигатель заглохнет. В худшем же варианте, что-нибудь еще и сломается, так как в этот момент возникает сильная ударная волна, которая многократно увеличивает нагрузки на все детали двигателя и агрегаты трансмиссии.

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

Основные неисправности сцепления

Сцепление «ведет» (выключается не полностью) из-за большого свободного хода педали сцепления, перекоса нажимного подшипника, коробления ведомого диска или поломки пружин. Для устранения неисправности следует отрегулировать свободный ход педали, удалить воздух из гидропривода, заменить неработоспособные диски и пружины.

Сцепление «пробуксовывает» (включается не полностью) из-за малого свободного хода педали, замасливания или износа фрикционных накладок ведомого диска, поломки пружин. Для устранения неисправности необходимо отрегулировать свободный ход педали, промыть или поменять диски, пружины.

Сцепление включается резко вследствие заеданий в механизме привода, задирах на рабочих поверхностях дисков, маховика и разрушения фрикционных накладок ведомого диска. Для устранения неисправности следует заменить неисправные узлы привода, устранить задиры на поверхностях дисков, заменить ведомый диск.

Подтекание тормозной жидкости в приводе выключения сцепления возможно из главного или рабочего цилиндров, а также в соединительных трубках.
Для устранения неисправности следует визуально определить место утечки и заменить неисправные узлы, с последующей прокачкой всего гидропривода (удалить из него воздух).

Эксплуатация сцепления

При эксплуатации автомобиля необходимо периодически проверять уровень в бачке, питающем жидкостью гидравлический привод сцепления. Если уровень окажется меньше нормы, то его обязательно следует восстановить, долив тормозной жидкости.
В противном случае, когда ее уровень понизится до нуля, усилие вашей ноги на педали сцепления будет передаваться в никуда.

Пониженный уровень жидкости или неправильная регулировка сцепления может привести к тому, что передачи на вашем автомобиле будут включаться с огромным усилием или вообще включаться не будут. И если, при полностью нажатой педали
сцепления, вам все-таки удастся «впихнуть» первую передачу, то автомобиль самопроизвольно начнет медленное движение, хотя в данный момент двигатель еще должен быть отделен от ведущих колес.

Как это может случиться и почему машина едет?

Описанная неприятность называется – сцепление ведет. Суть происходящего в следующем. В то время, когда ведомый диск сцепления не должен иметь контакта с маховиком, он все-таки за него немного цепляется, и поэтому часть крутящего момента передается на вал коробки передач и далее на ведущие колеса.

Со сцеплением может случиться неприятность и другого рода. Так как каждый раз, отпуская педаль сцепления, мы заставляем обе поверхности ведомого диска сильно тереться о железный маховик и не менее железный нажимной диск, то естественно боковые поверхности ведомого диска со временем изнашиваются.

Это нормальный процесс, предусмотренный конструкцией автомобиля, и ведомый диск является расходным материалом. Однако наступает момент, когда и первая передача включена, и педаль сцепления наверху, и «газуете» вы так, что у проезжающих мимо водителей «сердце кровью обливается». Но износ накладок ведомого диска уже настолько велик, что теперь он не зажимается между маховиком и нажимным диском с должным усилием, и, прокручиваясь, не передает крутящий момент от двигателя к трансмиссии. Описанное явление называется – сцепление пробуксовывает.

Конечно, здесь описан пример совсем уж глухого и слепого водителя, потому что машина намного раньше «предупреждала» его о том, что такой случай может произойти в ближайшее время. Еще раньше, на подходе к максимальному износу, ведомый диск начал пробуксовывать, сначала на четвертой передаче, затем на третьей и так далее.

Начало критического износа легко определить, двигаясь на четвертой передаче со скоростью 40 – 45 км/ч. Если при активном нажатии на педаль газа обороты
двигателя начинают увеличиваться, а машина продолжает движение с постоянной скоростью, то в подтверждение своей догадки вы еще и унюхаете специфический запах «подгорающих» накладок диска. Значит, пора покупать новый диск.

«Шелест» в районе сцепления и его пропадание при полностью нажатой педали сцепления означает, что вы должны готовится к замене выжимного подшипника. Резкие старты и ускорения машины, постоянное держание ноги на педали сцепления при
движении ведут к ускоренному износу не только сцепления, но и других агрегатов автомобиля.

Укорачивает срок службы сцепления и еще одна плохая привычка. Это когда водитель долго удерживает педаль сцепления в нажатом состоянии, например, на все время остановки перед красным сигналом светофора.