Принцип работы гидравлического сцепления

Устройство и принцип работы привода сцепления

Важной составляющей автомобиля, оснащенного механической коробкой передач, является сцепление. Оно состоит непосредственно из муфты (корзины) сцепления и привода. Остановимся более подробно на таком элементе, как привод сцепления, который играет важную роль в общем узле сцепления. Именно при его неисправности муфта теряет свою функциональность. Разберем устройство привода, его виды, а также преимущества и недостатки каждого.

Привод сцепления и его виды

Привод предназначен для дистанционного управления сцеплением непосредственно водителем из салона. Нажатие на педаль сцепления напрямую воздействует на нажимной диск.

Известны следующие виды привода:

• механический;
• гидравлический;
• электрогидравлический;
• пневмогидравлический.

Наибольшее распространение получили первые два вида. На грузовиках и автобусах используется пневмогидравлический привод. Электрогидравлический устанавливают в машинах с роботизированной коробкой передач.

В некоторых автомобилях для облегчения управления применяется пневматический или вакуумный усилитель привода.

Механический привод

Механический или тросовый привод отличается простой конструкцией и невысокой ценой. Он неприхотлив в обслуживании и состоит из минимального количества элементов. Механический привод устанавливается в легковых и малотоннажных грузовых автомобилях.

Механический привод сцепления

К элементам механического привода относятся:

• трос сцепления;
• педаль сцепления;
• вилка выключения сцепления;
• выжимной подшипник;
• механизм регулировки.

Трос сцепления, заключенный в оболочку, является основным элементом привода. Трос сцепления крепится к вилке, а также к педали, находящейся в салоне автомобиля. В момент выжимания педали водителем действие через трос передается на вилку и выжимной подшипник. В результате происходит разъединение маховика двигателя с трансмиссией и, соответственно, выключение сцепления.

В соединении троса и рычажного привода предусмотрен регулировочный механизм, обеспечивающий свободный ход педали сцепления.

Ход педали сцепления представляет собой свободное перемещение до момента срабатывания привода. Расстояние, пройденное педалью без особого усилия водителя при нажатии, и есть свободный ход.

Если переключение передач сопровождается шумом, а в начале движения наблюдаются небольшие рывки автомобиля, то необходима регулировка хода педали.

Зазор в сцеплении должен находиться в пределах 35-50 мм свободного хода педали. Нормативы этих показателей указаны в технической документации автомобиля. Регулировка хода педали осуществляется путем изменения длины тяги с помощью регулировочной гайки.

В грузовых автомобилях используется не тросовый, а рычажный механический привод.

К плюсам механического привода относятся:

• простота устройства;
• невысокая стоимость;
• надежность в эксплуатации.

Главным минусом считается более низкий КПД по сравнению с гидроприводом.

Гидравлический привод сцепления

Гидропривод имеет более сложную конструкцию. К его элементам, помимо выжимного подшипника, вилки и педали, относится также гидравлическая магистраль, которая заменяет трос сцепления.

Схема гидравлического сцепления

По сути эта магистраль аналогична гидроприводу тормозной системы и состоит из следующих элементов:

• главный цилиндр сцепления;
• рабочий цилиндр сцепления;
• бачок и трубопровод с тормозной жидкостью.

Устройство главного цилиндра сцепления напоминает устройство главного тормозного цилиндра. Главный цилиндр сцепления состоит из поршня с толкателем, расположенных одном в корпусе. Также к его элементам относятся резервуар для жидкости и уплотнительные манжеты.

Рабочий цилиндр сцепления, имеющий схожую с главным цилиндром конструкцию, дополнительно оснащен клапаном для удаления воздуха из системы.

Механизм действия гидропривода такой же, как и у механического, только усилие передается с помощью находящейся в трубопроводе жидкости, а не через трос.

Во время нажатия водителем на педаль усилие через шток передается на главный цилиндр сцепления. Затем за счет несжимаемого свойства жидкости в действие приводятся рабочий цилиндр сцепления и рычаг привода выжимного подшипника.

В качестве плюсов гидропривода можно выделить следующие его особенности:

• гидравлическое сцепление позволяет передавать усилие на значительное расстояние с высоким КПД;
• сопротивление перетеканию жидкости в элементах гидропривода способствует плавному включению сцепления.

Главный минус гидропривода – более сложный ремонт по сравнению с механическим. Течь рабочей жидкости и попадание в систему гидропривода воздуха — вот, пожалуй, наиболее распространенные поломки, которыми могут «похвастаться» главный и рабочий цилиндры сцепления.

Гидропривод применяется в легковых автомобилях, а также на грузовых автомобилях с опрокидывающейся кабиной.

Нюансы эксплуатации сцепления

Зачастую водители склонны связывать неравномерность и рывки при движении автомобиля с неисправностями сцепления. Эта логика в большинстве случаев ошибочна.

Например, автомобиль при переключении передач с первой на вторую, резко сбрасывает обороты. Здесь виновато не само сцепление, а датчик положения педали сцепления. Находится он за самой педалью сцепления. Неисправности датчика устраняются путем несложного ремонта, после которого сцепление будет вновь работать плавно и без рывков.

Другая ситуация: при переключении передач автомобиль немного дергается, а при трогании с места может заглохнуть. В чем может быть причина? Чаще всего в этом виноват клапан задержки сцепления. Этот клапан обеспечивает определенную скорость, при которой может схватываться маховик, независимо от того, насколько быстро была «брошена» педаль сцепления. Для начинающих водителей эта функция необходима, т.к. клапан задержки сцепления предотвращает чрезмерный износ поверхности диска сцепления.

Привод сцепления

Управление сцеплением в автомобилях с механической коробкой передач производится с помощью педали, но педаль — это лишь один из элементов привода сцепления, а все самое главное скрыто от глаз водителя. О том, что такое привод сцепления, каких он бывает видов, как устроен и как работает, читайте в этой статье.

Назначение и классификация приводов сцепления

Привод сцепления — специальная система, предназначенная для управления сцеплением в автомобилях с механической коробкой передач. С помощью привода усилие от педали передается на вилку выключения сцепления, а через нее — на пружину, что позволяет простым положением педали управлять положением дисков сцепления.

Передать усилие от педали на вилку можно разными способами, и именно на этом строится классификация приводов сцепления. Сегодня выделяют два основных типа привода:

Также существуют комбинированные приводы (электрогидравлический, электромеханический, то есть — с использованием электромоторов), электромагнитный и другие типы приводов, но они не нашли широкого применения в современных автомобилях. Поэтому расскажем только об основных типах привода сцепления.

Схема механического 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. подшипник выключения сцепления
9. вилка выключения сцепления
10. металлический трос
11. рычаг привода
12. педаль сцепления
13. шестерня первичного вала
14. картер коробки передач
15. первичный вал коробки передач

Устройство и принцип работы механического привода сцепления

Главная особенность механического привода сцепления в том, что в нем усилие от педали к вилке передается с помощью металлического троса. В состав механического привода входят следующие основные компоненты:

— Педаль сцепления;
— Рычажный привод;
— Трос в гибкой оболочке;
— Вилка выключения сцепления;
— Устройство регулирования свободного хода педали.

Принцип действия механического привода тоже прост: при нажатии на педаль с помощью рычажной передачи трос натягивается и тянет за собой вилку выключения сцепления, которая через муфту и подшипник сжимает пружину — сцепление выключается. Возврат педали производится пружиной. Регулировка свободного хода педали, а также компенсация износа фрикционных накладок на дисках производится с помощью регулировочной гайки, расположенной на конце троса.

Механический привод широко применяется на мотоциклах и легковых автомобилях (где сцепление имеет небольшую массу и требует небольших усилий для управления), он очень прост в производстве и регулировании, надежен и имеет очень низкую стоимость. Однако недостаток механического привода в его трущихся деталях — стальной тросик со временем изнашивается, он может заклинить или оборваться, свободный ход педали увеличивается и т.д. Но, несмотря на это, механический привод сцепления вряд ли в будущем уступит место более совершенным механизмам.

Устройство и принцип работы гидравлического привода сцепления

В гидравлическом приводе сцепления используется принцип передачи усилия с помощью несжимаемой жидкости. Устройство привода не отличается сложностью:

— Педаль сцепления;
— Главный цилиндр;
— Рабочий цилиндр;
— Магистраль гидропривода;
— Бачок с рабочей жидкостью.

Работа гидравлического привода, как и работа любого другого гидропривода, очень проста: при нажатии на педаль происходит сжатие жидкости в главном цилиндре, жидкость под давлением через магистраль поступает в рабочий цилиндр и толкает поршень, который, в свою очередь, с помощью штока толкает вилку выключения сцепления. Возврат вилки и поршней в первоначальное положение происходит за счет пружин при отпускании педали.

Часто в гидравлических приводах сцепления используется та же жидкость, что и в тормозной системе — обе системы питаются жидкостью из одного бачка.

Гидравлический привод имеет более сложную конструкцию и более высокую стоимость, однако он надежен, не подвержен износу и позволяет управлять сцеплением минимальными усилиями. В грузовых автомобилях гидравлический привод часто дополняется пневматическими или гидравлическими усилителями.

Устройство и принцип работы электронного привода сцепления

В последнее время многие компании предлагают совершенно новые конструкции приводов сцепления, которые находят применение в перспективных автомобилях, в том числе гибридных и электрических. Отдельного внимания заслуживает привод «Electronic Clutch System» от компании Bosch.

Electronic Clutch System (дословно — «Электронная система сцепления») — система, которая позволяет на автомобилях с механической коробкой передач реализовать некоторые функции автоматических коробок. В частности, при движении на первой передаче по городским пробкам управление автомобилем производится только педалями газа и тормоза (сцепление выключается при отпускании акселератора), педаль сцепления становится нужной только при переключении на вторую и более высокие передачи.

Электронный привод сцепления объединяет электронный блок педали сцепления, ряд датчиков (датчик положения рычага переключения скоростей, положения педали газа и другие), электронный блок управления и электрогидравлический привод вилки выключения сцепления. Также электронное сцепление связано с электронной системой управления двигателем, благодаря чему при переключении скоростей происходит автоматическое изменение оборотов двигателя.

Электронное сцепление дает возможность реализовать несколько полезных функций, которые снижают утомляемость водителя и уменьшают расход топлива. Как заявляет производитель, экономия топлива может достичь 10% и более, что при современных ценах на бензин даст ощутимый эффект.

На сегодняшний день система Electronic Clutch System находится на стадии тестирования, поэтому применяется ограниченно, но в будущем она может получить самое широкое распространение.

Гидравлический привод сцепления

Сцепление является важнейшим элементом любого автомобиля, принимающим на себя многочисленные нагрузки и удары, возникающие в процессе езды. Поэтому особую важность имеет его устройство, функциональные особенности и разновидности. Сцепление может иметь механический и гидравлический привод.

Сцепление с гидравлическим приводом

Впервые устройство появилось в 1905 году, предназначалось для применения в морских судах, но спустя какое-то время один инженер занялся его установкой на авто.

Принцип базируется на обеспечении сцепления двигателя и коробки передач, в ходе чего происходит поглощение вибраций, и автомобиль начинает плавное движение.

Рассмотрим устройство и принцип функционирования системы.

Гидравлический привод

Гидравлический привод сцепления обладает более сложной структурой. Несмотря на сложную систему, устройство в работе является более совершенным. Главный и рабочий цилиндр сцепления автомобиля имеют одинаковый принцип дефектовки деталей, поэтому они описываются по отдельности редко.

Особенности

Гидропривод сцепления для автомобиля имеет несколько конструктивных особенностей:

• устройство предполагает отсутствие троса, подвергаемого износу и поломкам, поэтому можно экономить на затратах;
• соединение осуществляется штоком, обладающим регулируемой конструкцией и сложным механизмом;
• цилиндр располагается традиционно в области корпуса картера;
• главный цилиндр сцепления и бачок жидкости совместимы по своему расположению.

Главный и рабочий цилиндр имеют соединение с помощью магистрали, где расположена рабочая жидкость. Принцип работы имеет сходство с действием гидравлической системы тормозов, которое базируется традиционно на особенностях свойств несжимаемой жидкости.

Поломки

Рабочий цилиндр автомобиля подвергается поломкам, поэтому тем, кто хочет сэкономить время на ремонте, стоит осуществить его замену новым элементом. Цилиндр продается, как и шайбы для уплотнения, в комплекте. Устанавливаются компоненты под гидравлический шланг, в области болта крепления. Если их нет в наборе, стоит приобрести отдельно и установить на автомобиль.

Полностью заменять цилиндр автомобиля нецелесообразно с экономической точки зрения, достаточно поменять специальные резиновые манжеты, которые продаются в ремонтных комплектах. Отдавать машину стоит в ремонт только в проверенные сервисы, чтобы достигнуть оптимального результата.

Как работает

От педали сцепления к его механизму передается усилие с помощью жидкости, находящейся в гидроцилиндрах привода, соединяющих важнейшие элементы. Большой диск находится на острой стороне вала и кожуха, выполненного из стали. Последний закрепляется в области маховика. Внутри него есть пружина со специальными выжимными рычажками. На оси конструкции располагается специальная управляющая педаль, которая приподнимается к кронштейну на кузове. Она опускается при выключении сцепления и переключении передачи.

Особенности выбора минерального масла. Можно ли использовать его в гидроприводе сцепления

Минеральное масло должно приспособиться к тяжелым условиям функционирования в передачах, ведь температурный режим может достигать +150 С. К маслам, соответственно, предъявлены жесткие требования, поскольку помимо выполнения функции смазки трущихся поверхностей они играют роль рабочего тела.

Так, минеральное масло должно обладать достаточным количеством эксплуатационных качеств:

• высокая стабильность в течение полного эксплуатационного срока;
• минеральное масло должно иметь интенсивную аэрацию;
• высокие показатели образования пены;
• минеральное масло должно характеризоваться присутствием в составе противокоррозионных присадок, обеспечивающих снижение действия коррозии;
• оптимальный уровень вязкости и плотности, который должно иметь минеральное масло. Если уровень и КПД высокие, показатель вязкости – минимальный, если нужно обеспечить в области поверхностей трения пленку – требуется высокий показатель вязкости;
• отсутствие качеств агрессивности в отношении деталей, используемых для уплотнения и по сравнению с другими элементами, работающими в системе.

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.

Привод сцепления

Управление сцеплением в автомобилях с механической коробкой передач производится с помощью педали, но педаль — это лишь один из элементов привода сцепления, а все самое главное скрыто от глаз водителя. О том, что такое привод сцепления, каких он бывает видов, как устроен и как работает, читайте в этой статье.

Назначение и классификация приводов сцепления

Привод сцепления — специальная система, предназначенная для управления сцеплением в автомобилях с механической коробкой передач. С помощью привода усилие от педали передается на вилку выключения сцепления, а через нее — на пружину, что позволяет простым положением педали управлять положением дисков сцепления.

Передать усилие от педали на вилку можно разными способами, и именно на этом строится классификация приводов сцепления. Сегодня выделяют два основных типа привода:

Также существуют комбинированные приводы (электрогидравлический, электромеханический, то есть — с использованием электромоторов), электромагнитный и другие типы приводов, но они не нашли широкого применения в современных автомобилях. Поэтому расскажем только об основных типах привода сцепления.

Схема механического 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. подшипник выключения сцепления
9. вилка выключения сцепления
10. металлический трос
11. рычаг привода
12. педаль сцепления
13. шестерня первичного вала
14. картер коробки передач
15. первичный вал коробки передач

Устройство и принцип работы механического привода сцепления

Главная особенность механического привода сцепления в том, что в нем усилие от педали к вилке передается с помощью металлического троса. В состав механического привода входят следующие основные компоненты:

— Педаль сцепления;
— Рычажный привод;
— Трос в гибкой оболочке;
— Вилка выключения сцепления;
— Устройство регулирования свободного хода педали.

Принцип действия механического привода тоже прост: при нажатии на педаль с помощью рычажной передачи трос натягивается и тянет за собой вилку выключения сцепления, которая через муфту и подшипник сжимает пружину — сцепление выключается. Возврат педали производится пружиной. Регулировка свободного хода педали, а также компенсация износа фрикционных накладок на дисках производится с помощью регулировочной гайки, расположенной на конце троса.

Механический привод широко применяется на мотоциклах и легковых автомобилях (где сцепление имеет небольшую массу и требует небольших усилий для управления), он очень прост в производстве и регулировании, надежен и имеет очень низкую стоимость. Однако недостаток механического привода в его трущихся деталях — стальной тросик со временем изнашивается, он может заклинить или оборваться, свободный ход педали увеличивается и т.д. Но, несмотря на это, механический привод сцепления вряд ли в будущем уступит место более совершенным механизмам.

Устройство и принцип работы гидравлического привода сцепления

В гидравлическом приводе сцепления используется принцип передачи усилия с помощью несжимаемой жидкости. Устройство привода не отличается сложностью:

— Педаль сцепления;
— Главный цилиндр;
— Рабочий цилиндр;
— Магистраль гидропривода;
— Бачок с рабочей жидкостью.

Работа гидравлического привода, как и работа любого другого гидропривода, очень проста: при нажатии на педаль происходит сжатие жидкости в главном цилиндре, жидкость под давлением через магистраль поступает в рабочий цилиндр и толкает поршень, который, в свою очередь, с помощью штока толкает вилку выключения сцепления. Возврат вилки и поршней в первоначальное положение происходит за счет пружин при отпускании педали.

Часто в гидравлических приводах сцепления используется та же жидкость, что и в тормозной системе — обе системы питаются жидкостью из одного бачка.

Гидравлический привод имеет более сложную конструкцию и более высокую стоимость, однако он надежен, не подвержен износу и позволяет управлять сцеплением минимальными усилиями. В грузовых автомобилях гидравлический привод часто дополняется пневматическими или гидравлическими усилителями.

Устройство и принцип работы электронного привода сцепления

В последнее время многие компании предлагают совершенно новые конструкции приводов сцепления, которые находят применение в перспективных автомобилях, в том числе гибридных и электрических. Отдельного внимания заслуживает привод «Electronic Clutch System» от компании Bosch.

Electronic Clutch System (дословно — «Электронная система сцепления») — система, которая позволяет на автомобилях с механической коробкой передач реализовать некоторые функции автоматических коробок. В частности, при движении на первой передаче по городским пробкам управление автомобилем производится только педалями газа и тормоза (сцепление выключается при отпускании акселератора), педаль сцепления становится нужной только при переключении на вторую и более высокие передачи.

Электронный привод сцепления объединяет электронный блок педали сцепления, ряд датчиков (датчик положения рычага переключения скоростей, положения педали газа и другие), электронный блок управления и электрогидравлический привод вилки выключения сцепления. Также электронное сцепление связано с электронной системой управления двигателем, благодаря чему при переключении скоростей происходит автоматическое изменение оборотов двигателя.

Электронное сцепление дает возможность реализовать несколько полезных функций, которые снижают утомляемость водителя и уменьшают расход топлива. Как заявляет производитель, экономия топлива может достичь 10% и более, что при современных ценах на бензин даст ощутимый эффект.

На сегодняшний день система Electronic Clutch System находится на стадии тестирования, поэтому применяется ограниченно, но в будущем она может получить самое широкое распространение.

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.

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

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.