Как работает сцепление в автомобиле с механической коробкой

Обновлено: 23.01.2025

Сцепление представляет собой специальный механизм в составе трансмиссии автомобиля, предназначенный для передачи крутящего момента в соединении маховика двигателя с первичным трансмиссионным валом и гашения крутильных колебаний. Считается, что разработал сцепление Карл Бенц. Так это или не так, достоверно установить невозможно: производством и совершенствованием первых автомобилей в XIX веке одновременно занималось сразу несколько компаний, и все они шли по своему развитию. В этой статье поговорим о том, что такое сцепление, для чего оно нужно в автомобиле и ответим на распространенные среди начинающих автомобилистов вопросы.

Устройство сцепления автомобиля

Рассмотрим устройство узла на примере однодискового сцепления. Оно состоит из 11 основных конструктивных элементов:

маховик;
накладки;
ведомый и ведущий диски;
прижимные пружины;
вилка выключения;
муфта;
вал педали;
педаль;
рычаги;
выжимной подшипник;
вал КПП.

На некоторых авто часто применяется механизм, отличающийся по конструкции. В нем некоторая часть рычагов заменена диафрагменной пружиной. Чаще всего такую схему используют на легковых транспортных средствах. Также иногда применяют лепестковую конструкцию.

Хотя диски выполняют из стали, на некоторых моделях имеется керамическое покрытие. Оно обеспечивает более интенсивное трение и исключает провороты.

Просто о сложном: зачем нужно сцепление и как оно работает

Вроде бы, странный вопрос. Сцепление нужно чтобы переключать передачи! Так-то да. Но подавляющее большинство автовладельцев понимают эту общую фразу лишь в общих чертах зубрёжки из автошколы. Я же предлагаю разобрать вопрос подробно и простыми словами. А значит, для начала нам нужно чуть-чуть теории.

Есть мотор - он создаёт крутящий момент. Есть коробка передач - она нужна чтобы при более-менее одинаковых оборотах мотора передавать разную скорость вращения на колёса (об этом ещё будем говорить). А между ними есть сцепление . Так вот, друзья, если хотите сразу понять всю суть, то запомните простую фразу: сцепление разрывает связь двигателя и коробки . Именно в тот момент, когда вы нажимаете педаль, да. Недаром она раньше называлась педалью выключения сцепления.

сабж в вакууме: диск с демпферными пружинами, корзина, нажимной подшипник сабж в вакууме: диск с демпферными пружинами, корзина, нажимной подшипник

Зачем его выключать при переключении передач?

Любое изменение передаточного числа в КПП (проще говоря, смены скорости рычагом) - это прежде всего резкое изменение крутящего момента. Представьте, что. вы размешиваете большой пластмассовой ложкой чай в здоровенной лохани. :) Вы размешиваете всё быстрее и быстрее. А потом вдруг, в одно мгновенье, чай превратился в густой кисель ( сменилась передача ). Что случится с ложкой? Ну если не сломается, то уж точно испытает резкую ударную нагрузку. А может и сломается, как знать! А теперь второй сценарий: у нас есть сцепление. Быстро размешиваем чай, и нам говорят: "сейчас он превратится в кисель, будь готов!" Мы вынимаем ложку из лохани ( нажали сцепление ), чай превращается в кисель ( сменили передачу ), и мы начали плавно опускать ложку обратно в лохань уже с киселём ( плавно отпускаем сцепление ). Рост нагрузки на ложку будет постепенным и она не пострадает, да и рывка в руках, как в первом случае, мы почти не почувствуем.

Не знаю, насколько я смог передать аналогию этим странным примером, но на деле всё примерно так и есть

На большинстве механических коробок при определённом упорстве можно научиться втыкать передачи даже без сцепления. Это как раз тот момент, когда обороты двигателя будут оптимальными для "втыкания" шестерни следующей передачи. Но это нужно, чтобы идеально совпали как обороты, так и нагрузка на трансмиссию, да и "здоровья" тем же синхронизаторам КПП такое баловство не прибавляет. Попробовать можете, но я этого вам не говорил, если что. :)

Прочие функции сцепления

Плавный старт с места . Самый, скажем так, тяжёлый момент для трансмиссии: нужно всю массу машины сдвинуть с места, когда ведомый вал КПП (связанный с дифференциалам и колёсами) неподвижен как гора. И как мы знаем, именно этот момент (а не переключение на ходу, когда всё уже крутится) и является самым стрессовым для новичков. Ведь на старте сцеплением и газом нужно работать наиболее ювелирно.
Снижение рывков . Сцепление, будучи элементом фрикционным и частично подпружиненным, в определённых (хоть и узких) пределах способно нивелировать удары и рывки, возникающие при различных режимах движения в трансмиссии.

Пара слов об устройстве

Совсем на пальцах: жмём педаль, гидравлическая жидкость ( как в тормозах ) с помощью цилиндров давит на вилку сцепления, а та выводит диск сцепления из зацепа "двигатель-трансмиссия". То есть, происходит то самое выключение сцепления.

Устройство классического сцепления отжимного типа (бывают ещё другие, но сегодня не об этом). 1 - коленчатый вал; 2 - маховик; 3 - ведомый диск; 4 - нажимной диск; 5 - кожух сцепления; 6 - нажимные пружины; 7 - отжимные рычаги; 8 - нажимной подшипник; 9 - вилка выключения сцепления; 10 - рабочий цилиндр; 11 - трубопровод; 12 - главный цилиндр; 13 - педаль сцепления; 14 - картер сцепления; 15 - шестерня первичного вала; 16 - картер коробки передач; 17 - первичный вал коробки передач (фото: avtonov.svoi.info) Устройство классического сцепления отжимного типа (бывают ещё другие, но сегодня не об этом). 1 - коленчатый вал; 2 - маховик; 3 - ведомый диск; 4 - нажимной диск; 5 - кожух сцепления; 6 - нажимные пружины; 7 - отжимные рычаги; 8 - нажимной подшипник; 9 - вилка выключения сцепления; 10 - рабочий цилиндр; 11 - трубопровод; 12 - главный цилиндр; 13 - педаль сцепления; 14 - картер сцепления; 15 - шестерня первичного вала; 16 - картер коробки передач; 17 - первичный вал коробки передач (фото: avtonov.svoi.info)

Надеюсь, кому-то будет полезно!
Всем плавного сцепления и чётких переключений!

Сцепление автомобиля — принцип работы и устройство

Сцепление – неотъемлемый элемент любого автомобиля. Именно он обеспечивает передачу крутящего момента от двигателя к колесам, а также позволяет водителю тормозить и осуществлять остановку транспортного средства. Поговорим более подробно, что из себя представляет этот узел и как он работает.

Возможные неисправности сцепления и их признаки

О неисправностях могут свидетельствовать следующие симптомы:

сцепление ведет (то есть имеет место неполное расхождение дисков);
механизм буксует (то есть присутствует недостаточно сильное соприкосновение дисков);
машина совершает рывки при переключении передач или трогании с места;
при выключении начинается сильная вибрация или появляется отчетливо слышный шум;
сцепление совсем не выключается;
педаль остается в крайнем положении (то есть постоянно утоплена в пол салона авто).

Причинами перечисленных явлений могут выступать следующие неисправности.

Износ конструктивных элементов узла. Чаще всего изнашивается ведомый диск. Может произойти его деформация, износ шлицев, накладок, вилки. Нередко изнашиваются пружины. Решается проблема заменой поврежденного элемента конструкции.
Ослабление опор мотора. В результате нарушается геометрия коленчатого вала и маховика, вследствие чего диски соприкасаются между собой недостаточно плотно. Устраняют проблему укреплением опор до возвращения их в нормальное состояние.
Износ подшипника. Поскольку эта деталь перестает обеспечивать свободное вращение остальных конструктивных элементов, при ее функционировании появляется шум. Сам вращение при этом несколько замедляется. Решают проблему полной заменой подшипника.
Повреждение троса. Если трос поврежден, то педаль не может нормально нажиматься, поскольку не связана с остальными элементами узла. В результате сцепление остается постоянно включенным. Проблема устраняется путем замены троса на исправный.

Иногда понять, исправен узел или нет, сразу не получается. Чтобы признаки поломки стали видны более отчетливо, можно провести простую проверку, не требующую посещения станции техобслуживания. Для этого потребуется выполнить следующие действия:

найти ровный, спокойный участок дороги примерно на 1 километр;
разогнаться до 60 км/ч;
убрать ногу с акселератора и дать авто сбавить обороты;
когда двигатель начнет «захлебываться», резко выжать акселератор.

В последний момент необходимо следить за показаниями приборов. При исправном узле стрелки спидометра и тахометра перемещаются по шкале синхронно. При изношенном или сломанном сцеплении тахометр будет опережать спидометр. Это связано с тем, что обороты мотора будут высокими, но не передадутся на колеса.

Что дают демпферные пружины

На диске сцепления можно обнаружить несколько демпферных пружин. Для чего они необходимы? В первую очередь для выравнивания колебаний и вибраций, которые исходят от работающего мотора. Крутящий момент от ДВС передается сперва на диск сцепления, после чего на пружины и на ступицу. Таким образом, демпферные пружины гасят большую часть крутильных колебаний, которые поступают от двигателя. Передача крутящего момента будет происходить более плавней.

Что такое сцепление

Прежде чем перейти к сцеплению, необходимо разобраться с устройством двигателя. Дело в том, что ДВС способен изменять крутящий момент в ограниченном диапазоне. Чтобы эффективно менять скорость вращения ведущих колес транспортного средства, мотор нуждается в системе трансмиссии. Она гарантирует, что мотор будет работать в оптимальном диапазоне частот вращения. Переключения передачи в соответствии с условиями движения трансмиссия позволяет контролировать скорость вращения ведущих колес. Само по себе сцепление – простой механизм, что нельзя сказать в отношении механической трансмиссии.

Чтобы переключение передач в МКПП происходило плавно, требуется временное прекращение передачи крутящего момента с ДВС на механизм трансмиссии. Но было бы нецелесообразно останавливать мотор для того, чтобы переключиться с одной скорости на другую. Для этого и предназначено сцепление. Простым языком, сцепление останавливает подачу крутящего момента на КПП во время постоянной работы силового агрегата. Как же работает система?

Принцип работы сцепления

Сцепление является важным конструктивным элементом трансмиссии автомобиля. Сцепление предназначено для кратковременного отсоединения двигателя от трансмиссии и плавного их соединения при переключении передач, а также предохранения элементов трансмиссии от перегрузок и гашения колебаний. Сцепление автомобиля располагается между двигателем и коробкой передач.

В зависимости от конструкции различают следующие типы сцепления:

✔фрикционное сцепление;
✔гидравлическое сцепление;
✔электромагнитное сцепление.

Фрикционное сцепление передает крутящий момент за счет сил трения. В гидравлическом сцеплении связь обеспечивается за счет потока жидкости. Электромагнитное сцепление управляется магнитным полем.

Самым распространенным типом сцепления является фрикционное сцепление. Различает следующие виды фрикционного сцепления:

✔однодисковое сцепление;
✔двухдисковое сцепление;
✔многодисковое сцепление.

В зависимости от состояния поверхности трения сцепление может быть сухое и мокрое. В сухом сцеплении используется сухое трение между дисками. Мокрое сцепление предполагает работы дисков в жидкости.

На современных автомобилях устанавливается в основном сухое однодисковое сцепление. Однодисковое сцепление имеет следующее устройство:

✔маховик;
✔картер сцепления;
✔нажимной диск;
✔ведомый диск;
✔диафрагменная пружина;
✔подшипник выключения сцепления;
✔муфта выключения;
✔вилка сцепления.

Схема однодискового сцепления

Маховик устанавливается на коленчатом вале двигателя. Он выполняет роль ведущего диска сцепления . На современных автомобилях применяется, как правило, двухмассовый маховик. Такой маховик состоит из двух частей, соединенных пружинами. Одна часть соединена с коленчатым валом, другая — с ведомым диском. Конструкция двухмассового маховика обеспечивает сглаживание рывков и вибраций коленчатого вала. В картере сцепления размещаются конструктивные элементы сцепления. Картер сцепления крепиться болтами к двигателю.

Нажимной диск прижимает ведомый диск к маховику и при необходимости освобождает его от давления. Нажимной диск соединен с корпусом (кожухом) с помощью тангенциальных пластинчатых пружин. Тангенциальные пружины, при выключении сцепления, выполняют роль возвратных пружин.

На нажимной диск воздействует диафрагменная пружина, обеспечивающая необходимое усилие сжатия для передачи крутящего момента. Диафрагменная пружина наружным диаметром опирается на края нажимного диска. Внутренний диаметр пружины представлен упругими металлическими лепестками, на концы которых воздействует подшипник выключения сцепления. Диафрагменная пружина закреплена в корпусе. Для закрепления используются распорные болты или опорные кольца.

Нажимной диск, диафрагменная пружина и корпус образуют единый конструктивный блок, который носит устоявшееся название корзина сцепления. Корзина сцепления имеет жесткое болтовое соединение с маховиком. По характеру работы различают два типа корзин сцепления — нажимного и вытяжного действия. В распространенной корзине сцепления нажимного действия лепестки диафрагменной пружины при выключении сцепления перемещаются к маховику. В вытяжной корзине сцепления наоборот — лепестки диафрагменной пружины перемещаются от маховика. Данный тип корзины сцепления характеризуется минимальной толщиной, поэтому применяется в стесненных условиях.

Ведомый диск располагается между маховиком и нажимным диском. Ступица ведомого диска соединяется шлицами с первичным валом коробки передач и может перемещаться по ним. Для обеспечения плавности включения сцепления в ступице ведомого диска размещены демпферные пружины, выполняющие роль гасителя крутильных колебаний.

На ведомом диске с двух сторон установлены фрикционные накладки. Накладки изготавливаются из стеклянных волокон, медной и латунной проволоки, которые запрессованы в смесь из смолы и каучука. Такой состав может кратковременно выдерживать температуру до 400°С. Накладки ведомого диска могут иметь и более высокую тепловую характеристику. На спортивных автомобилях устанавливают т.н. керамическое сцепление, накладки ведомого диска которого состоят из керамики, кевлара и углеродного волокна. Еще более прочные металлокерамические накладки, выдерживающие температуру до 600°С.

Подшипник выключения сцепления (обиходное название — выжимной подшипник) является передаточным устройством между сцеплением и приводом. Он располагается на оси вращения сцепления и непосредственно воздействует на лепестки диафрагменной пружины. Подшипник располагается на муфте выключения. Перемещение муфты с подшипником обеспечивает вилка сцепления.

Схема двухдискового сцепления

На грузовых и легковых автомобилях с мощным двигателем применяется двухдисковое сцепление. Двухдисковое сцепление осуществляет передачу большего крутящего момента при неизменном размере, а также обеспечивает больший ресурс конструкции. Это достигнуто за счет применения двух ведомых дисков, между которыми установлена проставка. В результате получены четыре поверхности трения.
Принцип работы сцепления

Однодисковое сухое сцепление постоянно включено. Работу сцепления обеспечивает привод сцепления.

При нажатии на педаль сцепления привод сцепления перемещает вилку сцепления, которая воздействует на подшипник сцепления. Подшипник нажимает на лепестки диафрагменной пружины нажимного диска. Лепестки диафрагменной пружины прогибаются в сторону маховика, а наружный край пружина отходит от нажимного диска, освобождая его. При этом тангенциальные пружины отжимают нажимной диск. Передача крутящего момента от двигателя к коробке передач прекращается.

При отпускании педали сцепления диафрагменная пружина приводит нажимной диск в контакт с ведомым диском и через него в контакт с маховиком. Крутящий момент за счет сил трения передается от двигателя к коробке передач.

Как происходит старт на подъеме

Даже на автомобиле без ручного тормоза можно использовать технику сцепления для начала движения в гору на подъеме. Старт начинается с изначально выжатыми педалями тормоза и тормоза при работающем двигателе. Дальше педаль сцепления слегка отпускается до того момента, как произойдет зацеп диска с трансмиссией. Он ощущается ногой, возникает чувство, будто двигатель «дрожит», автомобиль в этот момент не покатиться назад, даже если отпустить педаль тормоз. Частично действующее сцепление выполняет роль тормоза. Дальше необходимо нажать на педаль газа, чтобы машина начала движение.

Эффект торможения с частично выжатым сцеплением возникает в результате эффекта баланса сил. Если баланс сил идеален, машина остается неподвижной. Статичность колес транспортного средства обеспечивается другим балансом сил. Между силой двигателя, которая толкает машину вперед, и статической силой трения. Когда водитель частично отпускает педаль сцепления, и ощущает зацеп, неосознанно происходит приведение всех этих сил к балансу. В результате полуотпущенное сцепление действует в качестве тормоза. Но следует помнить, что сила трения между соприкасающимися поверхностями приводит к интенсивному износу фрикционных материалов на диске сцепления.

Виды сцеплений

Сухое и мокрое сцепление

В настоящее время наиболее распространены следующие виды сцеплений:

сухое однодисковое;
мокрое;
сухое двухдисковое;
двухмассового маховика.

Разберем каждую разновидность более детально.

Сухое сцепление

Наиболее распространенная разновидность механизма. Сохранилась практически неизменной с конца XIX века, когда была изобретена Карлом Бенцем. Общее устройство и схема работы этого типа сцепления описаны выше.

Свое название конструкция получила в силу того, что в основе ее действия лежит действие сухого трения, препятствующего скольжению. Именно оно обеспечивает передачу вращения.

В силу относительно простоты конструкции изготовление сухого сцепления обходится недорого. Благодаря этому оно получило широкое распространение и встречается чаще всего.

Имеет ряд недостатков. Основных – 2. Во-первых, из-за постоянного трения диски довольно быстро изнашиваются. Во-вторых, во время работы они могут нагреваться и расширяться за счет повышения температуры. Это может неблагоприятно отразиться на функционировании механизма.

Мокрое сцепление

Мокрым называют сцепление, диски которого работают в специальной масляной ванне. Ее наличие обеспечивается включением в конструкцию картера, в который заключены все остальные конструктивные элементы механизма.

Благодаря использованию масла удалось решить основную проблему сухих механизмов – быстрый износ. Некоторые модели заходя еще дальше и обеспечивают циркуляцию жидкости и ее охлаждение. Благодаря этому удалось существенно уменьшить перегрев дисков и тем самым стабилизировать их работу.

Еще одно достоинство этого варианта заключается в том, что он способен лучше передавать крутящий момент.

В силу более сложного устройства мокрое сцепление стоит дороже. Кроме того, его сложно обслуживать, часто возникают неисправности, связанные с утечкой масла.

Чаще всего эту разновидность механизма применяют на современных транспортных средствах, которые оснащены роботизированным узлом. Его особенность в том, что вращение передается с разных дисков, а при смене скорости его передача не прекращается полностью. Это предотвращает потерю мощности. Все действия механизма управляются ЭБУ, а составные части узла приводятся в движение с использованием гидравлики. Этот вариант стоит еще дороже, однако обеспечивает наиболее эффективную работу и плавное торможение, переключение передач.

Сухое двухдисковое сцепление

Эта разновидность конструкции предполагает наличие сразу 2 ведомых дисков, между которыми находится специальная проставка. Благодаря тому, что при таком подходе увеличивается общая поверхность, на которой происходит трение, удается передать больший крутящий момент. Кроме того, подобная разновидность узла отличается более высокой прочностью и более продолжительным сроком эксплуатации.

По сути, сухое двухдисковое сцепление представляет собой компромиссный вариант между мокрым и однодисковым. Оно дешевле первого, но работает гораздо эффективнее последнего. Этот вариант конструкции чаще всего используется на грузовиках, а также легковых транспортных средствах с мощным мотором (например, внедорожниках).

Сцепление двухмассового маховика

Система подобного сцепления отличается от традиционного. Деталь состоит из 2 элементов, которые связаны системой пружин. Именно они поглощают рывки, вибрацию и другие нарушения вращения. В подобных конструкциях роль сцепления выполняет внутренний вал. Нажимной вал присоединяют к коленвалу, а ведомый – к механической КПП.

Ресурс работы этой разновидности узла несколько меньше, чем у более простых вариантов. Он составляет до 100 000 километров. Конечно, такой срок службы возможен только при условии эксплуатации транспортного средства в благоприятных условиях. Иными словами, чтобы механизм проработал максимально долго, надо ездить только по ровной дороге и не перегружать его.

Что такое сцепление

Сцепление – не что иное, как механизм, использующий для своего функционирования трение. За счет этого он передает энергию вращения от одного элемента трансмиссии машины к другому. По сути, узел является фрикционной муфтой.

Узел используют для отключения и подключения коробки передач к ДВС. Первое необходимо для торможения или постепенной остановки. Второе – для передачи энергии вращения на колеса и движения. Собственно говоря, это и есть его основное назначение.

Изобрел механизм немецкий инженер Карл Бенц, основатель концерна Даймлер-Бенц. Впервые он применил его на своем колесном автомобиле Motorwagen, который был сконструирован в 1886 году. Конструктивное решение показало хорошие результаты и стало использоваться на всех транспортных средствах, которые выходили в дальнейшем.

Как работает

Самой ее важной частью является диск сцепления. Он покрыт материалом с высоким коэффициентом трения. Если на диск сцепления действует внешняя сила, то из-за силы трения он начинает вращаться вместе с маховиков. Ведущий вал КПП подключен непосредственно к диску. То есть, когда внешняя сила действует на этот диск, крутящий момент передается от мотора к автомобильной трансмиссии. Это внешнее давление создается корзиной сцепления с нажимным диском и пружинами.

Кожух корзины сцепления прочно крепится к маховику. Следовательно, и нажимной диск будет плотно прижат к ведомому диску сцепления, и крутящий момент от ДВС будет передаваться на коробку переключения передач. Как система сцепления размыкает передачу момента? Для размыкания в корзине сцепления предусмотрена специальная пружина. Она называется диафрагменной пружиной. Чтобы понять ее принцип действия, достаточно запомнить, что она остается неподвижной по определенному контуру, но когда возникает давление на лепестки внутренней кромки пружины, наружная кромка начинает движение в противоположном направлении. Диафрагменная пружина получила расположение между нажимным диском и кожухом.

Внешняя кромка диафрагменной пружины соединена с нажимным диском. Это означает, что в том случае, если внутренняя кромка будет утоплена, нажимной диск отодвинется от ведомого диска сцепления. Так разомкнется цепь подачи крутящего момента. Ровным счетом происходит тоже самое, когда водитель выжимает педаль сцепления. Гидравлический привод сцепления передает усилие на внутреннюю кромку пружины. Когда диафрагменная пружина нажата, передача крутящего момента прерывается. В это время водитель имеет возможность переключить скорость. Как только она переключена, отпускается педаль сцепления, и возобновляется передача крутящего момента. Именно так работает система сцепления.

Принцип работы сцепления

После того, как водитель нажимает на педаль, ее вал проворачивается. В результате этого исчезает зазор между вилкой и муфтой. После вилка нажимает на муфту, и та перемещается вместе с подшипником. Он нажимает на рычаги, после чего концы последних отводят ведущий (или нажимной) диск от вала КПП. Прекращается обжим ведомого диска. Происходит сжатие прижимных пружин, вращение перестает передаваться на трансмиссию.

Когда автомобилист перестает взаимодействовать с педалью, происходит прижатие диска к маховику. Также происходит обжим ведомого. Энергия автомобильного мотора снова начинает передаваться на трансмиссию.

Плавность процесса возврата узла в первоначальное положение обеспечивают имеющиеся в его конструкции демпферные пружины.

Таков в общих чертах принцип работы узла.

Читайте также: