Все про сцепление на авто

Система сцепления автомобиля

Система сцепления автомобиля служит для плавного соединения коленвала двигателя с валом коробки передач для того, чтобы передать крутящий момент. Это необходимо при движении с места и при переключении передач в пути.

Виды

Существует несколько типов сцепления: механическое (фрикционное), электрическое, гидравлическое, а также их комбинированные варианты.

Все сцепления схожи по принципу работы, по сути являются механическими с различными модификациями отвечающих заданным условиям комфорта и эксплуатации. Конструктивно состоит из множества элементов, разнообразие сочетаний которых определяет тип сцепления:

• одно и двухпоточное, представляет собой сочетание двух однопоточных, на легковых автомобилях применяют однопоточное сцепление;
• по трению: мокрое (в масле) и сухое (в воздушной среде);
• постоянно, применяемое на легковых автомобилях и непостоянно замкнутое;
• по количеству имеющихся ведомых дисков: 1-дисковые (наиболее распространенные), 2-дисковые и многодисковые.
• от того, какие используются пружины, могут быть такие типы: с диафрагменной (по центру) пружиной и с цилиндрическими (по окружности) пружинами.

Чаще всего сейчас на автомобилях встречается однодисковое сцепление сухого типа.

Конструктивные особенности и принцип работы

1. Механическое сцепление делает свою работу, используя силы трения.
2. Гидравлический тип соединения вала мотора с валом коробки происходит благодаря потоку жидкости.
3. Электромагнитный тип работает за счёт магнитного поля.

Рассмотрим отдельно каждый вид сцепления и его приводы.

Механическое

Сцепление с механическим приводом

Структура механического сцепления обычно представляет собой один и более фрикционных дисков, которые сжаты с маховиком или между собой пружинами. Привод механического сцепления осуществляется по средствам троса.

Маховик болтами крепится к коленвалу мотора. Он используется в качестве ведущего диска.

Сейчас распространено использование двухмассового маховика, который стабилизирует крутящие нагрузки на вал. Обе части его соединяются одна с другой пружинами.

Корзина бывает нажимного (лепестки сдвигаются внутрь, к маховику) и вытяжного вида (например, на некоторых французских моделях). Для каждого вида применяется свой выжимной подшипник. Крепление корзины к маховику производится болтами.

Ведомый диск входит в шлицы вала коробки и способен по ним смещаться. Дисковые демпферные пружины выполняют функцию сглаживания колебаний в момент переключения передач.

Фрикционные накладки крепятся заклепками к основанию ведомого диска. Выполнены они из композитного вещества: чаще — из кевларовых нитей или углеродного волокна, иногда – из керамики. Особо прочные – это металлокерамические накладки. Они рассчитаны выдерживать температуру вплоть до 600°С кратковременно.

Выжимной подшипник закреплен на защитном кожухе и имеет выжимную площадку. Находится на первичном вале.

Принцип работы

К коленвалу двигателя крепится маховик и выполняет функцию ведущего диска. Кроме этого есть «корзина» (т.е. нажимной диск) и ведомый диск (с фрикционными накладками). «Корзина» придавливает ведомый диск к маховику, что способствует передаче крутящего момента к коробке передач от мотора.

Нажимной диск имеет круглую форму с лучевым основанием и плотно соединен с маховиком. На нем находятся выжимные пружины лепесткового типа, которые взаимодействуют с прижимной площадкой. Размер площадки соответствуют диаметру маховика. Между площадкой и маховиком размещен ведомый диск. Выжимной подшипник давит на выжимные пружины по центру выжимного диска. Движение от надавливания на педаль сцепления переходит через трос далее на выжимную вилку, а она уже смещает выжимной подшипник. По центру диска подшипник давит на выжимные пружины. В итоге площадка выходит с зацепления с ведомым диском.

Гидравлическое

Гидравлический привод сцепления

Гидравлическим называется механическое сцепление с гидравлическим приводом. Основные составляющие – это, прежде всего цилиндры: главный и рабочий. Если утопить педаль сцепления, тогда шток главного гидроцилиндра соответственно сместится. Возникшее давление переходит по трубке в рабочий цилиндр, который двигает выжимную вилку, а та смещает подшипник.

Двухдисковое

Таким сцеплением комплектуются тяжелые грузовики, тракторы, танки, некоторые мотоциклы и спортивные кары.

Оно используется, если присутствуют крутящие моменты повышенной мощности. Его установка обеспечивает более продолжительный ресурс применяемых деталей конструкции.

Здесь используются 2 ведомых диска, а «корзина» обладает двумя рабочими поверхностями. В конструкцию добавлена система управления синхронным нажатием.

Мокрого трения

Механизмы этого сцепления выполняют свои функции в масляной среде.

Оно применяется на мотоциклах, которые имеют поперечное расположение мотора.

Это обусловлено конструктивной особенностью самих мотоциклетных моторов. Здесь используется один и тот же картер: как для коробки передач, так и мотора.

Принцип работы. Шток, который пропускается через пустотелый вал коробки, посылает возвратно-поступательное движение от троса рычага сцепления.

Роль выжимного подшипника играет шарик на торце штока. Он воздействует на грибок. В результате отводится нажимной диск, сжатие между пакетом дисков ослабляется, вал коробки перестает крутиться.

Саморегулирующееся

Бывает таких видов: SAC, XTend, SAT.

Self Adjusting Clutch (SAC). Используется дополнительная пружина. В процессе износа накладок ведомый диск начинает увеличивать давление, в результате чего происходит равномерный прижим до полной выработки накладок.

XTend. Механизм расположен посередине между «корзиной» с одной стороны и пружиной диафрагмы с другой.

В процессе износа по клиновидным ползунам сдвигается верхнее установочное кольцо. Уровень износа устанавливается по пружиной защелке. Она фиксируется и смещается до ограничителя.

Сверху и снизу имеются установочные кольца для компенсации постоянного износа накладок.

Self-Adjusting Technology (SAT). Зубчатая планка на опорном кольце сдвигает храповой механизм, используя червячную передачу, по мере износа накладок. Опорное кольцо конической формы. Оно находится между центральной пружиной и «корзиной». Все это фиксирует собачка. Проконтролировать износ можно по выходу зубчатой планки.

Данное устройство можно использовать на машинах, где они не были установлены заводом-изготовителем.

Электрическое

Конструктивным отличием электрической системы от механической является электромотор. Он включается в момент перемещения педали сцепления вниз. Электромотор двигает трос, и тот уже смещает выжимной подшипник через коромысло.

Электронное

Выполнено на основе электронной педали сцепления на базе механической коробки передач. Сцепление переключается электродвигателем автоматически.

Варианты исполнения

EKM. Здесь, в принципе, педаль уже не нужна, т.к. управляют системой блоки: электронный и гидравлический. Данные от датчиков на коленвале, системе подачи топлива, педали газа идут в блок управления, который передает команды гидравлическому блоку. А тот, в свою очередь, руководит механизмом сцепления.

Такая система обеспечивает экономию топлива до 10%. Переключение передач выполняется быстро и плавно.

Electronic Clutch System. Важными характеристиками такого вида являются то, что если прекратить давить на педаль газа во время движения, например, при движении по городу или на спуске, то двигатель не глохнет, торможение двигателем при спуске не происходит (машина двигается накатом).

Особенности некоторых видов

Автоматические КПП чаще всего имеют влажное (иногда, сухое) сцепление многодискового типа. Исходное движение задает не педаль, а актуатор (сервопривод).

Актуаторы бывают электрические (управляющий электронный блок и шаговый двигатель) и гидравлические (гидрораспределитель и исполнительный гидроцилиндр).

Принцип работы. При достижении заданных оборотов вращения двигателя управляющий блок отсылает сигнал на сервопривод. Тот срабатывает и отсоединяет вал двигателя от вала коробки, используя передаточный механизм. После определения автоматикой необходимой передачи выполняется переключение.

Роботизированные КПП работают от электроприводов. Среди них имеются виды с 2-мя сцеплениями, которые включаются поочередно.

Принцип работы. Когда обороты мотора возрастают, в распределителе начинает увеличиваться давление масла. При заданном значении давления распределитель направляет это давление на актуатор, который запускает весь процесс. Давление приходит к исходному значению после переключения передачи, и двигатель вновь начинает крутить вал коробки.

Вариаторы существуют: цепные, тороидальные, клиноременные. Клиноременные популярны больше других. При росте оборотов мотора сходятся «щеки» шкива под влиянием центробежной силы, натягивая ремень. Ремень приводит в движение ведомый шкив.

Керамическое сцепление служит для высоких нагрузок, поэтому используется в гоночных автомобилях и тяжелых грузовиках. Для легкового транспорта оно не оправдано, так как происходит быстрое схватывание крутящего момента мотора.

Электромагнитное порошковое сцепление можно было встретить на определенных моделях автомобилей с ручным управлением. Суть его заключалась в том, что порошок, находящийся между дисками принимал требуемую жесткость тогда, когда подавалось напряжение на обмотку электромагнита. В итоге диски получали сцепление между собой, и вал мотора начинал крутить вал коробки передач. Не получило распространения из-за очень маленького ресурса.

Кулачковые КПП применяются в гоночных машинах. При этом педаль сцепления нужна только на старте. Далее она не участвует в переключении передач.

Новые разработки

Компания Nissan планируют полностью исключить механику между рулем и колесами, ее заменит электроника. Такая система называется «steer-by-wire».

Европейские конструкторы работают над созданием двухмассовых маховиков с маятниковой системой. Здесь должны добавиться самоопределяющиеся в пространстве 3-4 детали. За счет движения в противофазе они должны более эффективно гасить колебания. Существует несколько вариантов размещения таких деталей: внутри или снаружи маховика, а также на корпусе корзины. Немцы уже выпустили первые образцы с таким типом сцепления.

Заключение

Сцепления постоянно совершенствуются, как и другие узлы и системы автомобилей. Причем, каждый вид имеет как достоинства, так и недостатки. Главное, это иметь понятие о том виде сцепления, которое установлено на вашем автомобиле и правильно его эксплуатировать.

Сцепление

Назначение сцепления, специфика работы, особенности конструкции, распространённые неисправности и пути их устранения.

Назначение сцепления

Система сцепления автомобиля — это подсистема трансмиссии. Она ориентирована на создание благоприятных условий для осуществления кратковременного разобщения ДВС с коробкой передач либо трансэксла (для транспортных средств, где коробка передач, главная передача и дифференциал — механизм по передаче мощности вращению представляют собой единый агрегат в общем корпусе).

• Переключать шестерни в коробке передач, размыкая и смыкая цепь, обеспечивая плавное изменение оборотов и крутящего момента ДВС.
• Гасить вибрации, крутильные колебания, являющиеся серьёзными рисками для упругих элементов (чревато деформациями сдвига).
• Снижать нагрузки при неравномерной работе ДВС.
• Снижать перегрузки трансмиссии в момент торможения.

Принцип работы сцепления автомобиля

Рассмотрим принцип функционирования классического решения с педалью сцепления – ПС (характерный вариант для самых популярных решений с гидравликой).

1. Что вращается?
2. Что происходит при нажатии на ПС?

Если при работающем ДВС отвести ДС от маховика, то он остановится. Что получается? Передачи крутящего момента на диск сцепления не будет. Однако, если вновь подвести диск к маховику, снова на диск сцепления начнёт передаваться крутящий момент.

Как отвести и подвести диск сцепления?

Но откуда поступают команды «отвести диск сцепления», «подвести диск сцепления»?Такие команды поступают от педали, на которую нажимает водитель, и сцепления.

Когда водитель нажимает на ПС, то диск отходит от маховика и останавливается, передача КМ не происходит. Когда же водитель отпускает ПС (отводит от нее ногу), диск опять соприкасается с маховиком, начинается передача КМ (диск вращается). Далее в дело вступает коробка передач. От диска сцепления крутящий момент передается на первичный вал и шестерню. Как только происходит передача КМ, вал и шестерня начинают вращаться. Далее к «командной работе» присоединяется вторичный вал и его шестерня. При передаче КМ вторичный вал и шестерня начинают вращаться.

Когда водитель заводит двигатель и нажимает на педаль сцепления, крутящий момент передаётся от маховика на диск сцепления, а потом на первичный вал коробки передач. Водитель нажимает ногой на ПС, диск отходит от маховика, прекращает движение, и в этот же момент останавливается первичный вал. Но стоит только отпустить ПС, и первичный вал опять приходит в движение.

Чтобы активизировать вторичный вал, водитель нажимает на ПС и останавливает первичный вал, нажимает рычаг и вводит шестерни в зацепление. При отпускании ПС крутящий момент начинает передаваться от первичного вала к вторичному.

Как это работает на практике? ПС – это инструмент для изменения положения диска на валу. При нажатии на ПС диски разжимаются, первичный вал останавливается, после этого можно перемещать рычаг на коробке передач и регулировать скорость.

В момент, когда транспортное средство – на полном ходу, ПС можно полностью отпустить.Если в этом положении «газануть», поднимутся обороты двигателя, а вместе с ними и скорость автомобиля.

Распространённая ошибка: если резко бросить сцепление, ведомый диск сожмется, ДВС не успеет среагировать и может заглохнуть.

Чтобы прекратить движение, водителю требуется выжимание СА и плавное нажатие на тормозную педаль с последующим выключением передачи и быстрым отпуском ПС.

Конструкция

Cамый популярный вариант устройства сцепления автомобиля базируется на следующих компонентах:

• Выжимной подшипник. Обеспечивает при нажатии на ПС соединение со сцеплением. Бывает гидравлическим (как на схеме выше) и механическим (шариковым).
• Саморегулирующееся СА для уменьшения хода педали. Фактически это компенсатор её износа. Может выпускаться с механизмом контроля хода (механизм регулировки срабатывает при увеличении хода, вызванного износом) и диафрагменной пружиной для контроля усилия.
• Ведомый диск, состоящий из ступицы, дисков гасителя, фрикционных накладок, маслоотражателей. Принимает на себя вращение от ведущего диска. Работает за счёт движения маховика. Начинает работу посредством вращения маховика. Первоначально вращение передается на кожух, а далее на нажимной диск, фрикционные накладки (плетеные, композитные, из кевлара) , гаситель, фланец, шпицы.
• Демпфер. Смонтирован на ведомом диске. Гаситель крутильных колебаний. Прежде всего, демпфер полезен для гашения угловых колебаний, которые на валы трансмиссии идут со стороны ДВС. Он помогает ослабить резонансные колебания, возникающие как отклик на совпадение частот колебаний трансмиссии и возмущающей силы, которая идёт от пульсации КМ ДВС.
• Маховик – агрегат для передачи усилия вращения от коленвала к коробке передач. На схеме выше вы видите двухмассовый маховик. Такое решение очень популярно у коммерческого транспорта – грузовиков, автобусов. На преимуществах решений с двухмассовым маховиком мы остановимся более подробно еще несколько ниже. Кроме этого бывают сплошные маховики (ставятся на легковые авто эконом-класса, чаще встречались у старых моделей) и облегченные маховики (распространённый вариант маховика для легкового авто с автоматической коробкой передач).
• Муфта – узел фрикционных систем (поэтому его вы не найдёте на верхней картинке – с решением с гидравликой, и схема с муфтой представлена отдельно ниже). Этот узел помогает выключить привод сцепления при выключении передач. Именно муфта передаёт усилие от вилки выключения на подшипник. Муфта же предохраняет подшипник от износа. Ведь благодаря наличию муфты отсутствует прямой контакт между подшипником и вилкой.

Ещё один элемент устройства – ПС. Она присутствует и при гидравлическом, и при механическом сцеплении автомобиля. В гидравлических конструкциях ПС воздействует на поршень главного цилиндра, он нагнетает давление, поршень перемещается. Если же речь идёт о механической передаче усилия, то задействован трос или рычаг.

Но есть решения и без педали. Это роботизированные конструкции. Альтернативой ПС в этом случае выступает роботизированная коробка для переключения скоростей (микропроцессорный блок управления). Вместо переключения передач водитель просто задаёт команды. Оповещения водителю поступают посредством индикаторов.

Виды сцепления

В зависимости от состояния поверхности выделяются сухой и мокрый типы сцепления автомобиля. В зависимости от монтируемого маховика (как было указано в разделе «Конструкция») различают системы с двухмассовым, сплошным и облегчённым маховиком.

В зависимости от сил, которые использованы для передачи КМ выделяют фрикционное (механический принцип), гидравлическое, электромагнитное сцепление. В первом случае «руководитель» — сила трения, во втором — жидкость, в третьем — магнитное поле.

В зависимости от количества дисков у конструктивного решения механизм сцепления автомобиля может быть однодисковым, двухдисковым и многодисковым.

Сухое сцепление

• Работа основана на сухом трении между дисками (ведущим, ведомым и нажимными).
• Рабочие поверхности не требуют обработки смазкой. Фрикционные накладки находятся в воздушной среде. Благодаря этому можно получить жесткую связь ДВС и коробки передач.
• Нагрузки на СА – минимальные.
• Существенно уменьшается сопротивление двигателя, нет увода части мощности двигателя на привод масляного насоса и, соответственно, нет риска снижения мощности ДВС.
• Небольшая масса ведомого диска создаёт идеальные условия для того, чтобы при размыкании диск оперативно останавливался. Переключение передач существенно упрощается.
• Сухие системы наиболее просты конструктивно. Поэтому устройство надёжное. Нет проблем с обслуживанием.
• Производство СДС достаточно дешево.
• Решение подходит для мощных двигателей
• ССЦ адаптивны к транспортным средствам с небольшим крутящим моментом. Благодаря этому ССЦ очень популярны, но на холостом ходу слышен неприятный звук. Это создаёт дискомфорт водителям и стимулирует производителей искать новые решения.

Системы мокрого сцепления (СМЦ)

Характерные черты СМЦ:

• СМЦ работают на моторном масле.
• За счёт смазки – меньший износ СА.
• Моторное масло быстро загрязняется (образованная пыль остаётся в двигателе).
• Конструкция обеспечивает отличное охлаждение, способствующее эффективной передачи КМ.

Специалисты отмечают высокий ресурс сцепления и КП (при использовании качественных смазочных продуктов и своевременной их замене).

СМЦ хорошо себя зарекомендовали в трансмиссиях автомобилей с крутящим моментом выше 250 Нм.

Сухое двухдисковое сцепление

Самое популярное — сухое двухдисковое СА. Оно монтируется на коробках с нечетным количеством передач.

Большинство деталей в этом узле – парные. Два нажимных диска, две диафрагменные пружины, два подшипника, два рычага включения.

Даже при небольшом размере механизма благодаря такой особенности конструкции можно получить впечатляющий крутящий момент. Позиционирует себя как решение, способное увеличить плавность переключения передач, комфорт вождения.

Таким СА даже авто с механической трансмиссией может легко набирать большие скорости. Поэтому, когда большинство спорткаров было с механической коробкой на них ставилось именно двухдисковое СА.

Сцепление двухмассового маховика

Двухмассовый маховик CА – конструкция из-2-х дисков. Соединителем выступает пружинно-демпферная система.

Конструкция включает два блока (корпуса). На одном стоит венец стартера, на втором — узел СА. Конструкция спроектирована так, что возможно осевое вращение одного корпуса относительно другого.

• Работа пружин ступенчата. Первая ступень – с мягкими пружинами, это важно для стабильной работы системы при запуске и выключении ДВС, вторая – с жёсткими пружинами. Они задействованы в обычном режиме езды;
• Минимизированный уровень шума в узле «ДВС – коробка передач»;
• Увеличение топливной эффективности (снижение затрат на бензин, дизель);
• Сложность сборки, влекущая за собой высокую цену.

Распространённые неисправности

Увы, от неисправностей СА никто не застрахован. Но в одном случае требуется полная замена системы, в других – только замена автомеханиками одной из деталей, например, выжимного подшипника.

Одна из частых проблем – пробуксовка СА. Это сигнал о том, что засорился гидропривод (при системах с гидравликой), пришёл в негодность маховик, рабочий цилиндр сильно замаслился или и вовсе повредился ведомый диск. Кроме того, пробуксовка может свидетельствовать о заедании троса, ослаблении либо деформации диафрагмальной пружины.

Нередка ситуация, и когда СА «ведёт». Чаще всего это бывает из-за неполадок с ведомым диском. Например, произошла его деформация, износились шлицы. Кроме того, это часто может быть ответной реакцией поломки рабочего цилиндра.

О износе шлицев и деформации пружин может свидетельствовать и усиленная вибрация. Впрочем, иногда такое «поведение» – это просто свидетельство того, что ослабла опора крепежа.

А вот появление шума при выключении СА для опытного диагноста сразу становится подсказкой, что пора заменит подшипник выключения.

Нередки и проблемы с педалью. Самый распространённый «симптом» – увеличение её хода или уменьшение величины усилия. Как правило, в этом случае педаль заменяют.

А вот одна из самых пугающий проблем на практике — появление крайне неприятного запаха, иногда даже гари от фрикционных накладок. Но проблема чаще всего решается элементарно. Просто нужно заменить трос.

Систематизированный обучающий материал касающийся темы «Коробка передач и сцепление» вы найдёте в курсе «Автомобильные основы» на базе LCMS ELECTUDE. Вас ждёт не только качественная база знаний, но и комплекс практических упражнений (на симуляторе) и комплекс тестов, позволяющих оценить знания и оценить уровень навыков.

Сцепление

Механическая трансмиссия должна иметь возможность кратковременного разъединения от работающего двигателя. Это необходимо при остановках автомобиля и при переключении передач в механической ступенчатой коробке передач. Кроме того, при троганье автомобиля с места и переключении передач соединение вала двигателя и трансмиссии должно происходить плавно, без резких рывков. В связи с этим возникает необходимость в специальном устройстве, обеспечивающем постепенное нагружение двигателя. В качестве такого устройства обычно применяется сцепление. Использование сцепления необходимо для переключения передач т.к. если трансмиссия находится под нагрузкой крутящим моментом, переключение невозможно. Прежде чем переключить передачу, сцепление необходимо выключить.
В принципе, в качестве сцепления может быть использована любая управляемая муфта. Первые автомобили были оборудованы ленточным сцеплением, в котором металлическая лента охватывала снаружи металлический барабан или прижималась к нему изнутри при помощи различных рычажных элементов. Ленточные сцепления в обычном положении были выключены и включались путем перемещения рычага в определенное положение. Основным недостатком ленточных сцеплений была необходимость в использовании сложных регулировочных узлов, компенсирующих изнашивание рабочих поверхностей.

Конусное сцепление

С появлением коробок передач со скользящими шестернями появляются сцепления конусного типа. В отличие от постоянно выключенных ленточных сцеплений конусные сцепления удерживались во включенном состоянии пружиной, а выключались, когда водитель, нажимая педаль, сжимал пружину. Именно с первых конструкций конусных пружин в практику автомобилестроения вошел принцип включения сцепления пружинами.

Сцепление конусного типа:
1 — фланец коленчатого вала;
2 — маховик;
3 — муфта выключения сцепления;
4 — педаль сцепления;
5 — рычаг выключения сцепления;
6 — вал сцепления;
7 — кожух сцепления;
8 — пружина;
9 — конус сцепления;
10 — фрикционная накладка

В конусных сцеплениях поверхности трения составляли угол 15° с осью конуса. Конус, представляющий собой ведомый элемент, первоначально покрывался кожей, которая требовала тщательного и трудоемкого ухода, но даже при этом быстро изнашивалась. Поэтому впоследствии стали применяться прокладки из фрикционных материалов с асбестовой основой. Маховик двигателя служил ведущим элементом сцепления — его обод изнутри имел коническую поверхность, соответствующую поверхности ведомого элемента сцепления. Ведомый элемент устанавливался на шлицах (продольных выступах) вала коробки передач с возможностью осевого перемещения для выключения сцепления. В рабочем положении конусные поверхности трения были сжаты усилием пружины. Нажатие педали сопровождалось отводом ведомой части от маховика и выключением сцепления. При работе любого сцепления важно, чтобы при его выключении ведомая часть быстро останавливалась. Главным недостатком конусного сцепления было то, что обладающий большим моментом инерции ведомый элемент долго вращался после выключения сцепления, затрудняя переключение передач.

Многодисковое сцепление

На смену конусному сцеплению пришло многодисковое сцепление, работающее в масле. Оно состояло из чередующихся стальных и бронзовых дисков, закрепленных на шлицах с ведомым и ведущим барабанами. Ведомый барабан с многочисленными ведомыми дисками также обладал большим моментом инерции, что в значительной степени затрудняло переключение передач. Кроме того, при загустевании масла в холодную погоду диски слипались и сцепление не выключалось.
Следующей ступенью в развитии конструкции сцепления явилось сухое многодисковое сцепление. Ведущие диски его были снабжены накладками из фрикционного материала, приклепанного к ним с обеих сторон. Но и в этом сцеплении сохранился основной недостаток многодисковых сцеплений — большой момент инерции ведомых частей сцепления, затрудняющий переключение передач. Другим недостатком такого сцепления было то, что ведомые металлические диски, расположенные между фрикционными обшивками, обладающими низкой теплопроводностью, сильно нагревались при пробуксовке, что ускоряло износ накладок, а иногда возникало сильное коробление дисков, приводившее к нарушению чистоты выключения сцепления.
С 1910 г. на автомобилях начинают применять однодисковые сцепления. Однако первые конструкции не имели фрикционных накладок, диски изготавливались из чугуна и бронзы или из чугуна и стали. Постепенно преимущества однодискового фрикционного сцепления получили всеобщее признание, и к середине 20-х гг. оно уже практически вытесняет прочие конструкции фрикционных муфт.
Сейчас в трансмиссиях автомобилей все чаще применяются также сцепления, построенные на иных принципах действия: гидравлические и электромагнитные.

Гидравлическое сцепление

В гидравлическом сцеплении (гидромуфте) ведущее (насосное) лопастное колесо связано с двигателем, а ведомое (турбинное) лопастное колесо — с трансмиссией. В поперечной плоскости колеса гидромуфты имеют форму тора. В колесах имеются радиальные лопасти. Оба колеса помещены в корпусе, заполненном маслом. При вращении насосного колеса кинетическая энергия жидкости, расположенной между его лопастями и движущейся под действием центробежных сил, передается турбинному колесу. При достижении определенного числа оборотов эта энергия становится достаточной для того, чтобы автомобиль тронулся с места, а при дальнейшем увеличении числа оборотов колеса гидромуфты начинают вращаться практически с одинаковой скоростью.
Гидромуфта в качестве самостоятельного агрегата, выполняющего функции сцепления в трансмиссии автомобиля, не используется, так как для обеспечения ее выключения при переключении передач необходимо создавать сложную систему ее опорожнения. Поэтому гидромуфта применяется вместе с обычным фрикционным сцеплением, которое устанавливается за ней последовательно и служит лишь для переключения передач.

Электромагнитное порошковое сцепление

Электромагнитное порошковое сцепление:
А, Б, В — зазоры;
1 — ведущая часть;
2 — неподвижный корпус;
3 — обмотка возбуждения;
4 — ведомая часть

Электромагнитное порошковое сцепление получило некоторое распространение на автомобилях малого класса. Ведущим элементом сцепления является маховик с закрепленными на нем магнитопроводами с обмотками возбуждения. Ведомый диск закреплен на ведущем вале коробки передач. Между магнитопроводами и ведомым диском имеется воздушный зазор, в который вводится специальный фрикционный порошок, обладающий высокими магнитными свойствами. При отсутствии тока в обмотках возбуждения между ведущими и ведомыми элементами сцепления силовой связи нет — сцепление выключено. Если к обмоткам возбуждения подводится электрический ток, то за счет образования магнитного поля, частицы порошка выстраиваются по силовым линиям магнитного поля, и создается силовое взаимодействие между ведущими и ведомыми элементами сцепления. Силовая связь зависит от силы тока, поступающего в обмотку возбуждения. Основное достоинство такой конструкции заключается в том, что управление сцеплением можно перенести с педали сцепления на ручной, кнопочный вариант управления, что актуально для водителей с ограниченными физическими возможностями.

Однодисковое сцепление

Однодисковое сцепление:
1 — картер сцепления;
2 — маховик;
3 — фрикционные накладки ведомого диска;
4 — нажимной диск;
5 — опорные кольца;
6 — диафрагменная пружина;
7 — подшипник выключения сцепления;
8 — первичный вал коробки передач;
9 — поролоновые кольца;
10 — муфта выключения;
11 — шаровая опора вилки;
12 — кожух;
13 — вилка;
14 — шток рабочего цилиндра;
15 — соединительная пластина;
16 — рабочий цилиндр;
17 — штуцер прокачки;
18 — демпферная пружина;
19 — ступица ведомого диска

Фрикционное однодисковое сцепление в большинстве случаев является оптимальным конструктивным решением для рассматриваемого узла трансмиссии. Оно состоит из ведущих частей: маховика, кожуха, нажимного диска, вращающегося с частотой коленчатого вала двигателя, и ведомого диска, расположенного на шлицах ведущего вала коробки передач.
Кроме того, во фрикционном сцеплении выделяют группу деталей, осуществляющих включение-выключение и привод сцепления. Включение сцепления осуществляется под действием силы, создаваемой пружинами, а выключение — в результате преодоления этой силы при воздействии на педаль сцепления, которая обеспечивает перемещение выжимного подшипника.
В зависимости от типа пружин, создающих сжимающие силы, фрикционные сцепления разделяются на:
— сцепления с периферийными пружинами;
— сцепления с центральной конической пружиной;
— сцепления с диафрагменной пружиной.
Большинство механических трансмиссий современных легковых автомобилей имеют сцепления с диафрагменной пружиной.
На грузовых автомобилях нашли применение двухдисковые сцепления, использование которых вызвано необходимостью увеличения площади поверхностей трения без увеличения внешних размеров сцепления.

Требования к конструкции сцепления

К конструкции сцепления предъявляются определенные требования.
Плавность включения. Это требование диктуется необходимостью снижения динамических нагрузок в трансмиссии при троганьи автомобиля с места и переключении передач. До недавнего времени для фрикционных сцеплений применялись в основном фрикционные накладки, в состав которых входили асбест, наполнители и связующие материалы. В настоящее время все большее распространение получают фрикционные накладки без асбеста или с минимальным его содержанием. Это связано с тем, что асбестовая пыль признана опасной для здоровья человека.
Конструктивно плавность включения сцепления достигается обеспечением податливости ведомого диска. С этой целью ведомые диски легковых автомобилей выполняются разрезными, с некоторой конусностью или выпуклостью секторов. В этом случае секторы работают как пластинчатые пружины между ведомым диском и одной из фрикционных накладок. Также на плавность включения оказывает влияние упругость элементов в механизме выключения. С этих позиций сцепление с диафрагменной пружиной, у которой податливые лепестки выполняют функции рычагов выключения, предпочтительнее, чем сцепление с периферийными пружинами, у которого выключение осуществляется жесткими рычагами.

Устройство, обеспечивающее гарантированный зазор между поверхностями трения:
a — рычажное;
б, в — со штоком и пружиной;
S — рабочий зазор

Чистота выключения. Полное отсоединение двигателя от трансмиссии достигается получением гарантированного зазора между поверхностями трения при полностью выжатой педали сцепления. Для двухдискового сцепления имеется специальное устройство для принудительного перемещения внутреннего ведущего диска в положение, при котором оба ведомых диска находятся в свободном состоянии.

Предохранение трансмиссии от динамических нагрузок. Динамические нагрузки в трансмиссии могут быть единичными (пиковыми) и периодическими. Пиковые нагрузки возникают при резком изменении угловой скорости трансмиссии, например при включении сцепления броском педали, при наезде на неровность. Чтобы не произошло поломки в трансмиссии, сцепление должно ограничить предельное значение нагрузки путем пробуксовки.

Гаситель крутильных колебаний:
1 — диск;
2 — ступица;
3 — сухарь;
4 — пружина;
5 — стальная шайба;
6 — фрикционная шайба

Периодические нагрузки (крутильные колебания) возникают в результате неравномерности крутящего момента двигателя. Для гашения крутильных колебаний трансмиссии в ведомом диске сцепления устанавливают гаситель крутильных колебаний. Ступица ведомого диска и сам ведомый диск связаны между собой не жестко, а через пружины гасителя. Колебания, возникающие в трансмиссии, вызывают относительное угловое смещение ведомого диска и его ступицы за счет деформации пружин гасителя, а это смещение сопровождается трением фрикционных элементов гасителя. Таким образом, гашение крутильных колебаний происходит за счет сил трения. Кроме того, гаситель, изменяя жесткость трансмиссии, не допускает возможности наступления резонанса в трансмиссии, выводя резонансные частоты за область рабочих частот двигателя.
Применение двухмассовых маховиков в конструкции двигателя позволило перенести гаситель крутильных колебаний из ведомого диска в маховик. Такое конструктивное решение позволяет упростить сцепление, снизить момент инерции ведомого диска и, следовательно, уменьшить нагрузки на элементы управления коробкой передач. Впервые подобные сцепления появились в 1985 г.

Графики упругих характеристик пружин:
1 — сцепление с периферийными пружинами;
2 — сцепление с диафрагменными пружинами

Поддержание нажимного усилия в заданных пределах в процессе эксплуатации. В процессе эксплуатации в результате износа фрикционных накладок нажимной диск перемещается в сторону маховика, изменяя жесткость пружин сцепления. В сцеплении с периферийными пружинами, которые имеют линейную упругую характеристику, это приводит к снижению нажимного усилия и передаваемого момента трения вплоть до наступления пробуксовывания сцепления.
В сцеплениях с диафрагменной пружиной, которая имеет нелинейную упругую характеристику, усилие при износе накладок поддерживается примерно постоянным.
Применение диафрагменной пружины позволяет упростить конструкцию, так как примерно вдвое сокращается число деталей, уменьшается размер сцепления, а пружина выполняет еще и функцию рычагов выключения. Диафрагменная пружина обеспечивает равномерное распределение усилия по всей накладке. Важным преимуществом диафрагменной пружины, по сравнению с периферийными, является то, что при повышении угловой скорости маховика центробежные силы не искажают ее характеристику. Кроме того, как видно из графика, при выключении сцепления усилие пружины снижается, что облегчает управление сцеплением. В некоторых конструкциях с диафрагменной пружиной выпуклая сторона пружины направлена внутрь сцепления. Это позволяет несколько уменьшить ширину агрегата, но усложняет конструкцию выжимного элемента и привода.
Первоначально диафрагменная пружина появилась в сцеплениях легковых автомобилей. Долгое время применение ее в сцеплениях грузовых автомобилей сдерживалось технологической сложностью изготовления пружины большого диаметра.

Источник http://autoleek.ru/korobka-peredach/sceplenie/sistema-scepleniya-avtomobilya.html

Источник https://pro-sensys.com/info/articles/obzornye-stati/stseplenie/

Источник https://wiki.zr.ru/%D0%A1%D1%86%D0%B5%D0%BF%D0%BB%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5