Как работает сцепление в автомобиле?

Зачем нужно сцепление

Вы сидите за рулем своего автомобиля. Чтобы завести его, правой ногой вы нажмете на педаль тормоза до упора, левой – на педаль сцепления и повернете ключ в замке зажигания, а чтобы тронуться с места – включите первую передачу и начнете плавно отпускать педаль сцепления, а затем так же плавно отпускать педаль тормоза и плавно нажимать на педаль газа. К тормозу и газу вопросов нет, даже тем, кто сел за руль впервые, понятны процессы, которые запускаются нажатием этих педалей. Но почему всякий раз, чтобы завести или остановить машину, а также переключить скорость, нам необходимо выжимать педаль сцепления? В чем заключается основная задача сцепления и почему в конструкции автомобиля без него не обойтись, мы расскажем вам в данной статье.

Что такое сцепление

• два ведущих диска – маховик и корзина сцепления;
• один ведомый диск – диск сцепления со шпицами;
• первичный вал с зубчатой шестерней;
• вторичный вал с зубчатой шестерней;
• выжимной подшипник;
• педаль сцепления.

Краткая историческая справка

Работая над созданием первых автомобилей, инженеры обнаружили необходимость в устройстве, которое передавало бы крутящий момент от мотора к колесам, но с разной амплитудой вращения, чтобы автомобиль приходил в движение плавно. Без такого устройства всякий раз при желании сбросить или увеличить скорость, нужно было бы полностью глушить двигатель. И это устройство изобрел немецкий инженер Карл Бенц в 1885 году. Сцепление тогда состояло из двух шкивов, соединенных кожаным ремнем. Водитель раздвигал шкивы рычагом, что позволяло размыкать и смыкать сцепление.

Следующим этапом совершенствования устройства было изобретение конусного сцепления немецкими инженерами Готлибом Даймлером и Вильгельмом Майбахом в 1889 году. В конструкции конусного сцепления кожаный ремень заменила пружина.
На смену такой конструкции пришла другая – многодисковая, которая работала в жидкой среде (в керосине или масле). Затем на диски стали надевать накладки «Ferodo», и автомобильная промышленность перешла на сухое однодисковое сцепление.
Прототип современного диафрагменного сцепления разработали автомеханики американской корпорации «General Motors» в 1936, однако из-за войны их массовое производство началось лишь в 1965 году и продолжается в наши дни.

Принцип работы сцепления

Ведущий диск – маховик – жестко вмонтирован в коленчатый вал двигателя. К маховику, в свою очередь, болтами прикручена корзина сцепления. Ведомый диск сцепления прижимается к поверхности маховика благодаря диафрагменной пружине, которой оснащена корзина сцепления.

Когда машина заведена, двигатель провоцирует вращательные движения коленчатого вала и, соответственно, маховика. Через подшипник в корзину сцепления, маховик и ведомый диск вставлен первичный вал коробки передач. Вращения не передаются от маховика к первичному валу напрямую. Для этого в конструкции сцепления существует ведомый диск, который вращается с валом на одной скорости и перемещается по нему вперед-назад.

Положение, в котором шестерни первичного и вторичного валов не входят между собой в зацепление называется нейтральным. В таком положении автомобиль может только катиться, если дорога имеет наклон, но не ехать. Как передать вращения на вторичны вал, который опосредовано приведет в движение колеса? Это можно осуществить с помощью педали сцепления и коробки передач.
С помощью педали водитель изменяет положение диска на валу. Это работает так: когда водитель нажимает на педаль сцепления, выжимной подшипник давит на диафрагму – и диски сцепления разжимаются. Первичный вал в этом случае останавливается. После этого водитель перемещает рычаг на коробке передач и включает скорость. В этот момент зубчатые шестерни первичного вала зацепляются с зубчатыми шестернями вторичного вала. Теперь водитель начинает плавно отпускать педаль сцепления, прижимая ведомый диск к маховику. А поскольку первичный вал соединен с ведомым диском, он тоже начинает вращаться. Благодаря зацеплению между зубчатыми шестеренками валов вращение передается на колеса. Таким способом двигатель соединяется с колесами, и автомобиль начинает движение. Когда машина уже на полном ходу, можно полностью отпустить сцепление. Если в таком положении добавить газ, поднимутся обороты двигателя, а вместе с ними и скорость автомобиля.

Однако сцепление необходимо не только для того, чтобы машина трогалась с места и разгонялась. Без него не обойтись и при торможении. Чтобы остановиться, нужно выжать сцепление и плавно нажать на педаль тормоза. После остановки – выключить передачу и отпустить сцепление. При этом в работе сцепления происходят процессы, обратные тем, которые происходили в начале движения.
Рабочая поверхность у маховика и корзины сцепления выполнена из металла, а у ведомого диска сцепления – из специального фрикционного материала. Именно этот материал обеспечивает пробуксовку диска и позволяет ему проскальзывать между маховиком и корзиной сцепления, когда водитель придерживает сцепление в начале движения. Именно благодаря пробуксовке дисков автомобиль плавно трогается с места.

• верхнее – когда водитель на нее не нажимает;
• нижнее – когда водитель полностью выжимает ее, и она упирается в пол;
• среднее – рабочее – когда водитель плавно отпускает педаль, и ведомый диск сцепления соприкасается с маховиком.

Функции сцепления

• размыкать и смыкать механическую цепь, которая передает крутящий момент от двигателя автомобиля к его колесам;
• компенсировать вибрации и нагрузки от неравномерной работы двигателя;
• уберегать от механических повреждений и перегрузки трансмиссию при торможении.

Виды сцеплений

• фрикционные (механические);
• электромагнитные;
• гидравлические.

По количеству ведомых дисков сцепление бывает однодисковым и многодисковым. А по виду трения – сухим и мокрым.

Устройство автомобильного однодискового сцепления

Схема устройства двухдискового сцепления

• 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

• Вилки
• Рычаги выключения сцепления
• Выжимной подшипник
• Вилка выключения сцепления
• Отжимные пружины

Нужно ли сцепление автомобилям с автоматической коробкой передач и электрокарам

Сцепления в классическом понимании в автомобилях с автоматической коробкой переключения передач (АКПП) нет. То есть, у водителя нет ни педали сцепления, ни дисков, которые работают на силе трения. Функции сцепления в автомобилях с АКПП выполняет специальный гидротрансформатор, который конвертирует крутящий момент. В электромобилях регулировка движения осуществляется системой управления, которая переключает машину, из-за чего коробка передач и сцепление им не нужно.

Выводы

Итак, в данной статье мы ознакомили вас с принципом работы сцепления, объяснили, какие функции оно выполняет в конструкции автомобиля. Как и любая деталь, сцепление имеет свойство изнашиваться. Точный срок годности данного механизма определить невозможно, поскольку он напрямую зависит от ловкости и аккуратности водителя. Также сцепление страдает от неровного дорожного покрытия с глубокими ямами и от пробок, поскольку водителю приходится часто сбрасывать скорость, а то и вовсе тормозить, а затем снова трогаться. Поэтому если вы слышите в салоне неприятный запах, есть повод заехать на СТО и произвести техосмотр.

Если Вы заметили ошибку, неточность или хотите дополнить материал, напишите об этом в комментариях, и мы исправим статью!

Как работает сцепление в автомобиле?

Сцепление — это механизм, соединяющий трансмиссию автомобиля с его двигателем. Принцип работы сцепления в механической коробке передач не сложен, но в автоматических коробках этот узел работает в автономном режиме, без участия водителя.

Зачем нужно сцепление?

Все виды двигателей внутреннего сгорания выдают крутящий момент в ограниченном диапазоне оборотов. Чтобы менять скорость вращения ведущих колес, ДВС должен дополнительно оборудоваться трансмиссией. Она позволяет двигателю работать в оптимальном диапазоне оборотов, изменяя при этом скорость вращения за счет переключения передач.

Но переключение передачи – технически сложный процесс, поскольку для этого требуется временное прекращения подачи крутящего момента с двигателя на трансмиссию. Но тогда, чтобы плавно переключить скорость, потребуется выключать двигатель. Назначение сцепления – прерывание сообщения между коробкой передач и двигателем при его работе. То есть, этот узел прекращает передачу крутящего момента с двигателя на коробку передач при непрерывно работающем моторе.

Конструкция и принцип работы сцепления

Основная часть сцепления — это диск, который с обеих сторон покрыт фрикционным материалом с повышенным коэффициентом трения. Его устанавливают на маховике, и когда на диск действует внешнее усилие, он вращается вместе с маховиком.

К диску сцепления подключается ведущий вал трансмиссии, через который на коробку передач передается крутящий момент. Привод сцепления, состоящий из корзины, нажимного диска и кожуха, и создает это прижимное внешнее усилие. При этом кожух, с которым монтируется корзина сцепления, должен быть прочно прикреплен к маховику, прижимая к диску сцепления нажимной диск. В этом положении крутящий момент от двигателя полностью передается на коробку передач.

Чтобы разомкнуть механизм сцепления или, как его еще называют муфту сцепления, и прекратить подачу крутящего момента на трансмиссию, применяется специальная диафрагменная пружина. Ее контур всегда остается неподвижным, а лепестки в середине подпуржинены. Она расположена между нажимным диском и кожухом. Если на внутреннюю часть пружины нажать, то она отведет ведомый диск сцепления от основного диска. Соответственно, подача крутящего момента приостановится. Этот процесс происходит при нажатии водителем педали сцепления. В момент, когда механическая схема сцепления разомкнута, можно переключать передачу. После того как переключение состоялось, педаль отпускается, работа сцепления возобновляется и крутящий момент снова передается на трансмиссию.

В диске сцепления расположено несколько демпферных пружин, предназначенных для выравнивания колебаний и порождаемых ими вибраций, источником которых является работающий двигатель. При этом устройство ведомого диска сцепления таково, что его ступица не жестко крепится на основном диске. То есть крутящий момент передается на диск сцепления, потом на пружины и только после этого на ступицу ведомого диска. Таким образом практически полностью гасятся крутящие колебания, создаваемые двигателем, обеспечивая большую плавность хода.

При нажатии на педаль сцепления усилие передается через главный и рабочий цилиндр, после чего специальная вилка рассоединяет диск и маховик. Главный и рабочий цилиндр сцепления состоят из корпуса, в котором размещаются толкатель и поршень, они заполнены жидкостью, которая по своим свойствам напоминает тормозную. При нажатии педали жидкость под давлением поступает в главный цилиндр, который передает давление в рабочий, где производится воздействие на вилку, разводящую муфту. После отпускания педали, жидкость через клапан опять возвращается в главный цилиндр, и диск соединяется с маховиком. Такая система позволяет уменьшить усилие, прикладываемое к педали за счет разности объема цилиндров.

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.

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.

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.

Видео:Как работает сцепление?

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:

• изначально выжимаются педали сцепления и тормоза при работающем на холостых оборотах двигателе;
• педаль сцепления медленно и плавно отпускается до тех пор, пока не почувствуется зацеп диска сцепления и трансмиссии, в этот момент автомобиль начинает подрагивать;
• снимается нога с педали тормоза, при этом автомобиль не покатится назад, поскольку сцепление действует, как тормоз;
• нажимается педаль газа, и автомобиль начинает катиться вперед.

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.

Заключение

Устройство муфты сцепления и системы переключения передач в любом автомобиле сложное, несмотря на простоту работы. Поэтому, чтобы избежать поломок, нужно знать принципы их правильной эксплуатации. В этом случае узел прослужит долго, позволяя избежать дорогостоящего ремонта, который потребует специальных навыков и оборудования.

Сцепление автомобиля: как оно работает и почему ломается

Сцепление — одна из важнейших частей любого транспортного средства с двигателем внутреннего сгорания. Оно выполняет одну и ту же задачу — позволяет автомобилю ехать или стоять на месте при работающем моторе

Разбираемся, как работает сцепление, каким бывает и как понять, что оно неисправно.

Что такое сцепление

Сцепление — это механическое устройство, которое передает крутящий момент от двигателя к колесам и отключает ведущий вал от трансмиссии. Это означает, что машина может стоять на месте даже при работающем моторе, а переключение передач и трогание с места происходит плавно.

На «механике» водитель управляет им через нажатие третьей педали (крайне левой). У моделей с АКПП передача крутящего момента реализована иначе и за него отвечает гидротрансформатор.

Сцепление всегда расположено между двигателем и трансмиссией. В классическом варианте, для МКПП, его главные рабочие элементы это:

• Маховик. Тяжелый диск с зубчатым венцом, который жестко зафиксирован на коленчатом валу ДВС. К его обратной стороне крепится корзина сцепления.
• Диск сцепления. Прижимается к маховику и для этого покрыт специальным композитным материалом устойчивым к трению.
• Демпферные пружины. Уравнивают колебания и вибрации от работающего двигателя.
• Диафрагменная пружина. Отвечает за разрыв мощности за счет движения внутренней кромки (лепестков). Работает с выжимным подшипником, которые перемещает вилка.

Для чего нужно сцепление

Работающий двигатель постоянно вращается, а колеса при этом могут не двигаться. Если трансмиссия останется подключенной, а водитель попытается затормозить, то мотор заглохнет. Другие функции сцепления:

• плавный старт и легкое переключение передачи;
• снижение вибрации от работающего ДВС;
• защита трансмиссии от рывков двигателя, инерционных перегрузок и износа.

Конспекты 3 марта 2022 Подвеска автомобиля: что нужно знать о разновидностях конструкции

Конспекты 14 февраля 2022 Что такое гидрокомпенсаторы и почему они стучат

Как работает сцепление

Большую часть времени сцепление включено, то есть диск прижат к маховику. Поэтапно процесс включения и выключения выглядит так:

1. Водитель нажимает педаль сцепления;
2. Это усилие через трос или по гидравлической магистрали передается на вилку;
3. Выжимной подшипник перемещается и утапливает лепестки диафрагменной пружины;
4. Связь «двигатель-трансмиссия» разрывается;
5. Водитель выбирает нужную передачу и плавно отпускает педаль, скорость вращения маховика и ведомого диска уравниваются;
6. Диск сцепления прижимается к маховику и передача крутящего момента возобновляется.

Виды сцепления

Существует много способов сцепления/расцепления связи ДВС и КПП. Некоторые из систем, например конусные или ленточные, устарели и применяются крайне редко. Другие используются только в гоночных или тяжелых грузовых авто. Самый массовый тип сцепления — дисковое. Оно применяется в автомобилестроении с начала XX века и постоянно дорабатывается инженерами. Сегодня все сцепления делятся на:

• фрикционные, гидравлические или электромагнитные;
• с одним, двумя или несколькими дисками;
• с механическим (тросовый), гидравлическим или электрическим приводом;
• с периферийными пружинами, центральными, центробежное и полуцентробежное;
• с сухим или мокрым трением.

Фрикционное сцепление

Устанавливается на большинство серийных авто. По числу рабочих дисков делится на:

• Однодисковое. Самая распространенная конструкция, установлена на большинстве авто. Простая в ремонте и обслуживании.
• Двухдисковое. Применяются на грузовых или высокопроизводительных автомобилях.
• Многодисковое. Состоит их трех и более дисков. Их ставят на гоночные и спортивные авто, а также на тяжелую строительную технику.

Сухое

В таких системах трение происходит в сухой (воздушной) среде. К таким механизмам, например, относится фрикционное однодисковое сцепление. Как оно работает рассмотрели выше. Плюсы и минусы сухого сцепления:

• Эффективность передачи крутящего момента. Без смазки она намного выше, так как любые потери мощности сведены к минимуму, а диск сцепления и вал ДВС находятся в прямом контакте.
• Простота обслуживания. Однодисковая конструкция и отсутствие смазки делают их более простыми в техническом обслуживании и ремонте.
• Быстрее изнашиваются. Сухое сцепление быстрее изнашивается и чаще требует замены главных рабочих элементов. На срок службы напрямую влияет манера езды. Например, если часто ездить с выжатым сцеплением или пробуксовками, то поломка наступит раньше.
• Дополнительный шум. Трение, создаваемое в сухих сцеплениях, делает их громче, особенно, когда что-то идет не так.

Мокрое

«Мокрое сцепление» погружено в масло. Оно смазывает поверхности вращающихся деталей и охлаждает их. Чаще всего такое сцепление применяются для многодисковых конструкций или на мотоциклах. У них также есть свои плюсы и минусы:

• Срок службы. Смазка предотвращает преждевременный износ движущихся частей. Уменьшенное трение не слишком снижает мощность, но лучше защищает механику трансмиссии от повреждений.
• Высокая производительность. «Мокрые сцепления» лучше справляются с высокими температурами за счет охлаждения всех элементов.
• Сложный ремонт. Конструкция с несколькими дисками непростая, что сказывается на техническом обслуживании.
• Загрязнение масла. Необходимость дополнительного масла означает, что его придется менять, оно может загрязняться или подтекать.

Электромагнитное сцепление

Работает за счет электромагнита и якоря. Первый установлен на нажимном диске, второй — на кожухе сцепления. Когда к электромагниту поступает ток от генератора возникают магнитные колебания, которые притягивает якорь к магниту. Разновидностью электромагнитного сцепления можно считать так называемое «порошковое». В нем для создания прижимной силы используют гранулы ферромагнитного порошка.

Гидравлическое сцепление

В автомобилях с АКПП передача момента осуществляется не за счет трения, а с помощью масляных потоков и давления. Это делает гидротрансформатор. Он состоит из трех лопастных колес, погруженных в рабочую жидкость внутри герметичного кожуха. С коленвалом ДВС соединено насосное колесо, с КПП — турбинное. Между ними, проходя через реактор, рециркулирует жидкость. Так механическая энергия от ДВС переходит в гидравлическую, которая затем передается на планетарный механизм переключения передач.

Неисправности сцепления

Когда сцепление не включается полностью или проскальзывает при большой нагрузке, то, скорее всего, речь идет о естественной выработке деталей. Со временем фрикционные диски изнашиваются и становятся тоньше, а пружины ослабевают. Внезапное начало пробуксовки сцепления также свидетельствует о том, что трущиеся поверхности загрязнены маслом или чем-то еще. В гидроприводах к неисправности может приводить утечка жидкости из магистрали.

Источник https://autoxs.ru/stati/pro-avto/1025-zachem-nuzhno-sceplenie.html

Источник https://avtocity365.ru/ustrojstvo-i-ekspluatatsiya-avtomobilya/kak-rabotaet-stseplenie-v-avtomobile/

Источник https://www.autonews.ru/news/62299fff9a79473d464b3dfc