На автомобилях с трансмиссией переключать передачи, плавно трогаться с места и стоять на месте с работающим двигателем позволяет сцепление. Через этот узел передается крутящий момент от двигателя к коробке передач и далее к колесам. Разбираемся, из чего состоит и как работает сцепление.

Разработка механизма сцепления началась почти сразу после появления автомобилей. Инженерам необходимо было придумать оптимальную конструкцию, поэтому параллельно велись работы по изобретению различных типов сцеплений. В результате чего до сих пор идут споры, кто же первым изобрел сцепление.

Праотцом нынешнего механизма считаются «клещи Баду», названные так в честь их изобретателя — француза по фамилии Баду. Он придумал простую конструкцию, состоящую из трех деталей: маховика с ободом, зажимов (или клещей) и муфты. Клещи через муфту сжимались, обеспечивая сцепление с маховиком.

Большой вклад в разработку сцепления также внесли Карл Бенц (изобретатель первого двигателя внутреннего сгорания), а также Чарльз Борг и Маршалл Бек. Фрикционный материал придумал Генри Селби Хеле-Шоу. И хотя современное сцепление сильно отличается от первых изобретений, основные принципы в нем сохранились.

Что вы узнаете:

Что такое сцепление и для чего нужно

Фрикционный диск сцепления

Сцепление в автомобиле — механическое устройство, которое соединяет двигатель с трансмиссией и, таким образом, позволяет передавать крутящий момент от двигателя на колеса. Сцепление в автомобиле находится между двигателем и коробкой передач согласно своего назначения.

Данный механизм обеспечивает решение сразу нескольких технических задач:

Обеспечивает временное разъединение двигателя с трансмиссией для выбора скорости в коробке переключения передач;
Дает возможность останавливать автомобиль без выключения двигателя;
Позволяет автомобилю плавно трогаться с места;
Предохраняет элементы трансмиссии от перегрузок и гасит колебания.

Помимо технических задач, сцепление сохраняет комфорт передвижения на автомобиле благодаря возможности бесшумной, легкой и быстрой смены передачи в любых дорожных условиях. Несмотря на большое количество различных конструкций сцеплений — это довольно простой и надежный механизм.

Виды сцеплений

Сцепления различают по способу управления, способу передачи крутящего момента и по количеству дисков (для сцеплений фрикционного типа).

По способу управления

По способу управления сцепления делят на следующие виды:

Механическое. Сцепление производится механическим путем силой трения (фрикционный диск входит в зацепление с маховиком). Это наиболее распространенный тип сцепления в автомобилях с механической коробкой передач;
Электромагнитное. Применяется электромагнитное поле для соединения или разъединения диска сцепления и маховика. Механизм работает с использованием электромагнита и якоря. Обычно встречается в автоматизированных трансмиссиях;
Гидравлическое. Это сцепление, управляемое гидравлической системой, где давление жидкости используется для передачи момента. В основе механизма такого сцепления лежит гидротрансформатор. Обычно применяется на автомобилях с АКПП. Такой механизм обеспечивает более плавное и контролируемое сцепление;
Пневматическое. Система, которая использует сжатый воздух для передачи усилия и обеспечения сцепления между двумя частями механизма, например, между двигателем и трансмиссией в грузовиках и автобусах;
Комбинированное. Используется сочетание нескольких способов управления. Таким, например, является гидромеханическое сцепление, которое состоит из гидромуфты и механического фрикционного сцепления.

Составные части механического сцепления: маховик, диск сцепления, корзина, выжимной подшипник

По способу передачи момента

По способу передачи крутящего момента сцепления делят на:

Сухое (фрикционное). В этом виде сцепления используется трение между сухими поверхностями диска сцепления и маховика для передачи крутящего момента. Чаще всего применяется в легковых автомобилях. Сцепления сухого типа обладают относительно невысоким весом, высокой эффективностью, имеют минимальные потери мощности, просты в обслуживании и не зависят от внешних факторов.
Мокрое. В отличие от сухого, здесь используется масло или другая смазка для уменьшения трения и охлаждения сцепления. Часто используется в мотоциклах и тяжелых грузовых автомобилях. У сцеплений мокрого типа лучше охлаждение, выше долговечность, меньше шумов от работы, а также более высокий коэффициент трения. Но вес у мокрого сцепления заметно выше сухого за счет наличия большого объема масла.

Выбор между сухим и мокрым сцеплением зависит от конкретных требований транспортного средства, его назначения, стилей вождения и других факторов. Обычно в легковых авто применяется сцепление сухого типа, а мокрое используется для особо сложных условий — в грузовиках, автобусах и прочей тяжелой технике. Мокрое сцепление также часто применяется на мотоциклах, снегоходах, квадроциклах и другой технике.

По количеству фрикционных дисков

Сцепления фрикционного типа также можно дополнительно классифицировать в зависимости от количества фрикционных дисков:

Однодисковое. Это тип сцепления, где на ведущем валу присутствует один диск сцепления, который соединяется с маховиком. Самый распространенный вид сцепления, используется в большинстве легковых автомобилей, так как они обеспечивают хороший баланс между производительностью, надежностью и долговечностью;
Двухдисковое. Здесь два диска сцепления, что позволяет более эффективно распределять и отводить тепло, обеспечивая повышенную мощность передачи. Обычно используется на автомобилях большой грузоподъемности и автобусах, на легковых автомобилях встречается редко;
Многодисковое. В таком сцеплении больше двух фрикционных дисков. Имеют улучшенную способность передачи момента при высоких нагрузках, более плавное переключение передач, а также возможность быстрее реагировать на изменения условий движения. Эта система часто применяется в спортивных и высокопроизводительных автомобилях, где требуется наиболее эффективное управление моментом.

Из чего состоит сцепление

Классическое механическое фрикционное сцепление в автомобиле состоит из нескольких основных компонентов:

Маховик (или ведущий диск). Это металлический диск, прикрепленный к задней стороне двигателя. Маховик вращается вместе с коленчатым валом, гасит колебания, создаваемые при работе двигателя, и соединяется с диском сцепления в момент включения сцепления. Зубчатый венец маховика необходим для зацепления с приводом стартера в момент запуска двигателя.

Маховики бывают одномассовые (простая и доступная, за счет чего наиболее распространенная конструкция), двухмассовые (лучше гасят колебания двигателя) и облегченные (применяются в автоспорте, где важен вес).

Диск сцепления (или ведомый диск). Это плоский диск с фрикционным материалом (арамидные волокна — кевлар) по обеим сторонам, прикрепленным заклепками к металлическому основанию. Диск сцепления с помощью шлицов крепится к валу механической или роботизированной коробки передач и вращается вместе с ним.

Когда сцепление активировано, диск прижимается к маховику, передавая момент от двигателя к трансмиссии с помощью силы трения, возникаемой между фрикционными накладками диска и рабочей поверхностью маховика.

Корзина сцепления. Конструктивный узел в виде корпуса, в котором совмещены три основных элемента: нажимной диск, диафрагменная пружина тарельчатого типа и кожух. Кожух (корпус) нужен для крепления корзины к маховику, нажимной диск работает в паре с фрикционной накладкой, а пружина отвечает за активацию сцепления.

Корзина сцепления разработана таким образом, чтобы выдерживать большие динамические нагрузки. Это достаточно надежный узел.

Привод сцепления. Механизм, который отвечает за управление сцеплением. В привод сцепления входят: выжимной подшипник, вилка сцепления, рабочий и главный цилиндры сцепления, педаль сцепления.

При нажатии на педаль сцепления тормозная жидкость поступает в главный цилиндр сцепления, оттуда — в рабочий цилиндр. За счет повышения давления в рабочем цилиндре выдвигается шток, который давит на вилку сцепления, а та, в свою очередь, прижимает выжимной подшипник к тарельчатой пружине корзины, отжимая фрикционный диск от маховика.

Часто автомобильное сцепление оборудовано механизмом для регулировки зазора между диском сцепления и маховиком, что важно для корректной работы узла. Вместо выжимного подшипника, как в устройстве классического механического фрикционного сцепления, могут использоваться тросы или гидроцилиндр. Вместо фрикционного материала диски иногда делают из металлокерамики. Керамическое сцепление выдерживает более высокие нагрузки, но из-за высокой стоимости используется обычно только в автоспорте или дорогих автомобилях.

Как работает сцепление

Общий принцип действия сцепления в автомобиле основан на механизме передачи момента с двигателя на трансмиссию. Реализуется этот механизм с помощью физического явления — трения.

Основные этапы работы сцепления

Работу сцепления можно условно поделить на три этапа:

1

Сцепление не выжато (включено). Когда водитель не воздействует на педаль сцепления (стандартное положение), прессостат (или выжимной подшипник) прижимает диск сцепления к маховику. Это создает постоянное сцепление двигателя с трансмиссией, позволяя передавать вращающий момент на колеса через коробку передач и сопутствующие механизмы.
2

Сцепление нажато (выключено). После нажатия водителем на педаль сцепления выжимной подшипник отделяет диск сцепления от маховика. Это приводит к разрыву связи между двигателем и трансмиссией, и вращающий момент перестает передаваться. В этом положении водитель может безопасно переключать передачи, останавливаться или трогаться с места.
3

Переключение передач. При нажатом сцеплении водитель получает возможность выбирать и переключать передачи в коробке передач. После переключения передачи водитель отпускает педаль сцепления, выжимной подшипник снова прижимает диск сцепления к маховику, восстанавливая связь между двигателем и трансмиссией.

Схема работы сцепления

Теперь разберем, как работает весь механизм сцепления вместе со вспомогательными механизмами в сборе. Для начала рассмотрим схему сцепления:

Схема механизма сцепления

1 – регулировочная гайка; 2 – контргайка; 3 – оттяжная пружина вилки сцепления; 4 – поршень рабочего цилиндра сцепления; 5 – рабочий цилиндр; 6 – прокачной штуцер; 7 – маховик; 8 – трубопровод гидропривода сцепления; 9 – коленчатый вал; 10 – бачок главного цилиндра; 11 – поршень главного цилиндра; 12 – поршень толкателя; 13 – главный цилиндр; 14 – толкатель; 15 – сервопружина педали сцепления; 16 – оттяжная пружина педали сцепления; 17 – ограничительный винт хода педали сцепления; 18 – педаль сцепления; 19 – нажимной диск; 20 – ведомый фрикционнный диск; 21 – кожух сцепления; 22 – нажимная пружина; 23 – выжимной подшипник сцепления; 24 – первичный вал коробки передач; 25 – шаровая опора вилки выключения сцепления; 26 – вилка выключения сцепления; 27 – толкатель вилки выключения сцепления.

Общий принцип работы сцепления заключается в следующем. При нажатии на педаль сцепления (18) толкатель (14) давит на поршень (12) главного цилиндра сцепления (13) и нагнетает давление в трубопроводе гидропривода сцепления (8). Под возникшим давлением тормозная жидкость устремляется в рабочий цилиндр сцепления (5), давит на поршень (4), который с помощью толкателя вилки выключения сцепления (27) отжимает выжимной подшипник сцепления (23). В результате ослабляется нажимная пружина (22) корзины сцепления, нажимной диск (19) перестает давить на ведомый фрикционный диск (20), а тот, в свою очередь — на маховик (7). Таким образом происходит выключение сцепления.

При отпускании педали тормоза происходит обратный процесс. Педаль тормоза возвращается в исходное положение под действием пружины сцепления (15), давление в системе гидропривода сцепления падает (8), тормозная жидкость из трубопровода возвращается в бачок главного цилиндра (10), вилка выключения сцепления под действием оттяжной пружины (3) возвращается в исходное положение, нажимной подшипник сцепления (23) снова давит на нажимную пружину (22) корзины, та прижимает нажимной диск (19), а тот давит на ведомый фрикционный диск (20), который вступает в зацепление с маховиком (7). Так система возвращается в исходное положение, когда сцепление включено.

На коротком видео ниже визуально показан общий принцип работы сцепления:

Особенности работы сцепления в различных КПП

Работа сцепления в различных типах коробок передач отличается. Вот основные принципиальные различия:

Механическая коробка передач (МКПП) — ручное управление сцеплением. Водитель использует педаль сцепления для нажатия на выжимной подшипник, который отделяет диск сцепления от маховика. Это позволяет изменить передачу вручную;
Автоматическая коробка передач (АКПП) — гидравлическое или электромагнитное управление сцеплением, при которых система сама регулирует давление на диск сцепления. Водитель не управляет сцеплением напрямую, а переключение передач происходит автоматически на основе параметров движения автомобиля;
Роботизированная коробка передач (робот) — автоматизированное управление сцеплением. Применяется классическое механическое сцепление (как в МКПП), но управление им производится компьютером. Такое сцепление управляется автоматически без вмешательства водителя при помощи электромеханических устройств.

Сколько служит сцепление

Продолжительность службы сцепления в автомобиле значительно отличается в зависимости от множества факторов. В среднем, сцепление служит 80 000 – 160 000 километров, иногда значительно дольше (при езде только по трассе), а иногда и заметно меньше (в спортивных автомобилях, дрифт-карах и при неправильной эксплуатации). Реальный ресурс сцепления зависит от:

Условий эксплуатации. Например, сцепление автомобиля, используемого в городских условиях с частыми остановками и стартами, изнашивается быстрее, чем у автомобиля, который эксплуатируется в основном на шоссе, где передачи переключаются редко;
Стиля вождения. Агрессивное вождение, частые резкие старты и торможения, езда по тяжелому бездорожью ускоряют износ сцепления;
Типа сцепления. Разные типы сцеплений (сухие, мокрые, однодисковые, двухдисковые и прочие) имеют разные характеристики износостойкости;
Качества материалов. Высококачественные компоненты и материалы продлевают срок службы сцепления при прочих равных;
Технического обслуживания. Регулярная проверка и обслуживание сцепления, такие как своевременная замена масла (для мокрых сцеплений) и компонентов (так, вышедший из строя выжимной подшипник способен уничтожить рабочее сцепление) содействуют его долговечности.

Стертая до основания фрикционная накладка диска сцепления

Основные неисправности сцепления

Характер поломок зависит от вида сцепления. Наиболее частые причины неисправности сцепления:

Износ диска сцепления. Со временем от трения фрикционная накладка диска сцепления изнашивается, что снижает его эффективность;
Износ маховика. При неправильной эксплуатации сцепления поверхность маховика может перегреться, в результате чего ухудшится зацепление;
Износ выжимного подшипника. Выжимной подшипник, как и любой другой, со временем выходит из строя, и может стать причиной: шумов при работе сцепления, трудностей при переключении передач, износа нажимной корзины и других проблем;
Перегрев мокрого сцепления. В случае мокрого сцепления, использование неправильной смазки или неправильные условия эксплуатации могут привести к перегреву и износу;
Утечка гидравлической жидкости. В случае гидравлического управления сцеплением (например, в АКПП), утечка гидравлической жидкости может привести к недостаточному давлению и неполному разъединению сцепления;
Сцепление скользит. Если сцепление не полностью разъединяется даже при отпущенной педали, это может привести к скольжению, потере мощности и повышенному износу;
Шумы и вибрации. Громкие звуки или появлении вибрации при использовании сцепления могут быть признаком износа компонентов узла;
Неисправности гидравлической системы. Если автомобиль оборудован сцеплением с гидравлическим управлением, неисправности в гидравлической системе могут привести к проблемам со сцеплением.

Любые изменения в работе сцепления, такие как шумы, звуки или удары, трудности при переключении передач или необычное поведение, требуют внимания и диагностики в профильном сервисе.

Расположение сцепления в автомобиле

Почему замена сцепления обходится дорого

Стоимость ремонта автомобиля складывается из стоимости запчастей и нормочасов, необходимых для их замены. Поскольку сцепление в автомобиле находится между двигателем и коробкой передач, для его замены (а часто — и полноценной диагностики) требуется снимать КПП, а часто и выхлопную магистраль. В некоторых моделях требуется также снятие подрамника или рамы. Замена и регулировка самого сцепления тоже не быстрый процесс.

Помимо сложности в работе, новое сцепление стоит недешево. Например, комплект сцепления фирмы Valeo для отечественной Lada Niva Travel продается по цене от 12 000 рублей (без маховика). На иномарки цены могут доходить до 50 000 рублей и более. Также при замене сцепления понадобится масло в коробку передач. С учетом работы, заменить сцепление на Lada Niva Travel обойдется примерно в 25 000 рублей, если с маховиком и сопутствующими механизмами и узлами все в порядке.

Поэтому пользоваться сцеплением желательно аккуратно: не бросать, долго не газовать с частично выжатой педалью и грамотно подбирать передачи при движении. При большом желании, сжечь сцепление можно за раз, хорошенько побуксовав на бездорожье или в снежной каше. И будет совсем грустно, если вдруг окажется, что у вашего внедорожника для замены сцепления нужно снимать раму.

Ранее, кстати, мы рассказывали про устройство двигателя внутреннего сгорания и коробки передач.

Метки: устройство автомобиля

Подписывайтесь на нас: Дзен Новости, Google News, ВКонтакте, Telegram, по RSS