Устройство и принципы работы сцепления

В каждом автомобиле с механической или роботизированной трансмиссии есть сцепление. Оно обеспечивает передачу крутящего момента от двигателя к коробке передач. Зная устройство и принцип работы сцепления получится правильно его использовать и не спалить в определенных ситуациях.

Устройство сцепления

Сама конструкция сцепления автомобиля включает в себя три основных элемента:

• диск;
• корзину;
• выжимной подшипник.

Схема сцепления автомобиля

Диск — это рабочий элемент для контакта с маховиком, оснащенный фрикционными накладками. Композиционный материал состоит из волокон стекла и укрепляющих добавок. На него приходится вся нагрузка от трения о маховик (выдерживает температуру до 320 градусов). Накладки крепятся к основанию с двух сторон и фиксируются при помощи заклепок. Вот почему чрезмерно изнашивать деталь не стоит — заклепки поцарапают ведущий диск на маховике.

Корзина — это наружный кожух, при помощи которого комплект присоединяется к двигателю автомобиля. Внутри корзины есть диафрагменная пружина. Она работает не как пружины подвески, а прижимает своей площадью лишь центральную часть, передавая усилие на ведомый диск, через нажимной. Это достигается за счет многочисленных изогнутых лепестков и поперечных пружин в конструкции. При отпущенной в салоне машины педали, сцепление всегда включено, т.е. соединены вал МКПП и маховик двигателя.

Комплект сцепления автомобиля

Третий важный составляющий элемент, входящий в устройство сцепления автомобиля — выжимной подшипник. Он размещается позади корзины на одной оси с диском. Задача подшипника — сохранить вращение вала, но при этом сдвинуться в нужный момент, чтобы передать усилие на диафрагменную пружину и отключить передачу. Подшипник насажен на вал, входящий в КПП.

Принцип работы сцепления

Зная устройство, рассмотрим принцип работы сцепления и его действие в машине. Генератором оборотов является двигатель, к коленвалу которого присоединен маховик. На его внешней реберной части есть венец с зубцами для раскручивания стартером. Далее, когда вращение происходит за счет сгорания воздушно-топливной смеси в цилиндрах, маховик работает только своей боковой стороной с гладкой поверхностью. Это ведущий диск.

К нему, при отпущенной педали сцепления, всегда прижат ведомый диск, за счет чего и происходит передача крутящего момента к трансмиссии. Когда нужно повысить или понизить передачу в КПП, водитель выжимает педаль в салоне. Привод воздействует на выжимной подшипник. Последний сдвигается по оси ближе к маховику и давит на диафрагменную пружину. Ее лепестки прогибаются внутрь и отодвигают нажимной диск, который, в свою очередь, отпускает ведомый диск.

Так разъединяется контакт между ведущим и ведомым диском, что дает возможность переключить передачу в трансмиссии, изменив положение шестерней. После этого педаль отпускается и работа сцепления восстанавливается — крутящий момент снова передается.

Чтобы начать движение, потребуется:

1. Запустить двигатель.
2. Выжать педаль сцепления.
3. Включить первую передачу.
4. Надавить на педаль газа и добиться удержания 1500 оборотов на тахометре.
5. Постепенно отпускать педаль сцепления, соединяя маховик с ведомым диском.
6. Как только автомобиль тронется с места, нужно задержать ногу на педали сцепления и проехать так около 3 метров. Это поможет синхронизироваться дискам.
7. После этого педаль отпускается и продолжается движение. При переключении на более высокие передачи такой задержки уже не требуется, поскольку синхронизация происходит гораздо быстрее.

Виды сцепления

Общее назначение и принцип работы у этого узла трансмиссии один, но сам механизм сцепления по исполнению и материалам бывает разным. Например, виды сцеплений классифицируются по способу управления. В большинстве автомобилей используется гидравлический тип. Для этого предусмотрен главный цилиндр, работающий с бачком тормозной жидкости. От него давление получает рабочий цилиндр, воздействующий на выжимной подшипник. Когда водитель нажимает педаль, гидропривод давит через вилку на муфту и разъединяет диски. Наличие гидравлического цилиндра значительно облегчает нажатие педали водителю.

Гидроцилиндр сцепления

Другая разновидность — тросовое сцепление или механическое. Здесь передача усилия от нажатия происходит через трос. Обычно такой тип применяется на мотоциклах, мотоблоках, старых марках автомобилей. Управление выносится в мототехнике на руль, а в авто на педаль. При нажатии приходится прикладывать значительные усилия. Встречается и комбинированный вариант, в котором совмещены механика и гидравлика.

Еще существует электромагнитное сцепление, которое включается и выключается под действием электромагнитного поля. Встречается в автомобилях с вариаторами. Кроме различия в приводе, виды сцепления делятся по условиям работы и составным частям. Рассмотрим это детальнее.

Сухой и мокрый типы

Сухой тип — это вращение рабочего диска внутри корзины, при котором охлаждение происходит за счет потока воздуха. Этот вид применяется в большинстве современных двигателей на автомобилях и мотоциклах. По мере изнашивания накладок мусор от них вылетает и оседает на внутренней поверхности кожуха КПП.

Мокрый тип — применяется на некоторых двигателях мототехники. Это двухтактные и четырехтактные силовые установки, имеющие общий картер с коробкой. За счет такой конструкции диски между ними оказываются частично погруженными в масло. Техническая жидкость обеспечивает охлаждение поверхности и смывает с нее мусор. Но частицы фрикционного материала находятся во взвешенном состоянии и "гуляют" по двигателю, что хуже сказывается на его работе. Масло требуется чаще менять и следить за уровнем.

Мокрый тип сцепления

Двух и многодисковые сцепления

Обычно в автомобилях используется однодисковая конструкция, принцип работы которой мы рассмотрели выше. Но в некоторых агрегатах применяется сразу несколько дисков. Это встречается в:

• грузовых автомобилях;
• мотоциклах "Днепр", "Урал";
• тракторах;
• бронетехнике.

Наличие нескольких прослоек фрикционных элементов повышает передачу крутящего момента от двигателя, что обеспечивает уверенное движение многотонной техники или гарантированное отсутствие пробуксовки в трансмиссии. Это достигается за счет использования фрикционной поверхности на маховике и промежуточных ведущих дисков, расположенных между несколькими ведомыми. Благодаря такому устройству значительно увеличивается площадь соприкосновения и передачи усилия, что улучшает работу узла.

Многодисковое сцепление

В некоторых легковых автомобилях двух- или многодисковое сцепление используется для более плавного хода. Так, когда один фрикцион задействован в переключении первой передачи, второй "ждет наготове", чтобы включить следующую передачу. Работа двигателя и коробки происходит более слаженно и плавно.

Особенности сцепления АКПП

Поскольку в народе под АКПП подразумеваются разные типы трансмиссии (что иногда ошибочно, но название прижилось), рассмотрим их по-очереди. Когда речь идет о роботизированной коробке, то в ней применяется тот же механизм сведения и разведения маховика с ведомым диском, что и в обычной "механике". Отличие состоит лишь в работе привода.

Работает система так:

1. Водитель жмет на педаль акселератора.
2. Обороты двигателя повышаются.
3. Система дает команду исполнительным устройствам расцепить маховик и коробку, чтобы переключить передачу.
4. Когда двигатель замедляет обороты, система работает так же, но для понижения передачи.

Роботизированная коробка

Для исправной работы автоматического блока предусмотрено два раздельных бачка с технической жидкостью. В первом меняется масло самой трансмиссии, а во втором — масло для исполнительного механизма. На резервуаре указан минимально допустимый уровень, за которым требуется следить. Если обслуживание игнорировать, работа автомобиля значительно ухудшится (начнутся проблемы с переключением, можно встать посреди перекрестка, выезжая со второстепенной дороги и т. д.).

В случае настоящих АКПП с планетарным механизмом, гидроблоком и гидротрансформатором, отдельного комплекта сцепления нет. Но его роль выполняет пакет фрикционов, используемый внутри узла. Там тоже находятся диски, трущиеся друг о друга и обеспечивающие передачу вращения от двигателя к ходовой части. Поскольку внутри используется масло, то такое исполнение внутри АКПП чем-то похоже на мокрый тип.

Фрикционы АКПП

Здесь владельцу автомобиля важно следить за уровнем трансмиссионной жидкости, ее цветом и запахом. Если масло мутное, не просвечивается, сильно темное и воняет гарью, его однозначно пора менять, иначе мусор от фрикционов попадет в гидроблок и может забить гидротрансформатор. Обычно в большинстве АКПП масло положено менять каждые 60-80 тыс. км пробега.

Есть еще один тип коробки, который тоже ошибочно называют "автоматическим" — вариатор (CVT). Водителю здесь ничего переключать кулисой не требуется, поэтому третьей педали в салоне нет. Сам узел сцепления в автомобиле бывает:

• центробежным автоматическим;
• электромагнитным с электронным управлением;
• многодисковым мокрого типа с электронным управлением.

Особенности керамического и металлокерамического сцепления

В некоторых разновидностях накладок, вместо органических материалов используют керамику. Она более устойчива к повышенным температурам, поэтому диск переносит нагрев до 400º С. Если используется смесь с металлом и керамикой, то фрикционные накладки способны кратковременно выдержать до 600º С. Но стоимость комплекта с керамикой или металлокерамикой значительно выше. Большинство водителей устраивает цена за обычные органические материалы, поскольку они не планируют гонять с пробуксовкой, а значит и смысла переплачивать нет.

Керамические накладки сцепления

Ресурс узла

Спалить новые накладки можно за один день, если попасть в песок, грязь или снег. Колеса постепенно зарываются, просаживаясь все глубже. Двигатель и маховик продолжают крутиться, но присоединяемый к ним диск не может передать усилие дальше, поскольку не способен преодолеть сопротивление колес, увязших в почве. Фрикционы нагреваются, появляется характерный специфический запах, толщина накладки уменьшается, стираясь о маховик и прижимной диск. Так узел сгорает и необратимо портится.

Сгоревший диск сцепления

При обычной эксплуатации все зависит от качества деталей (кто производитель) и привычек езды. Если трогаться плавно, не держать ногу на педали в процессе движения, и не буксовать в песке, ресурса гарантированно хватит на 100 тыс. км. Нередко узел служит и дольше — до 150-200 тыс. км. После такого пробега его придется заменить.