Для чего нужно сцепление

Педаль сцепления на «механике»: предназначение и использование

Все прекрасно понимают, что езда на транспортном средстве сопряжена с огромной ответственностью, соответственно водитель, который садится за руль авто должен обладать соответствующими навыками и умениями. И в особенности это относится к автомобилям, которые оснащаются механическими коробками передач. В отличие от автоматической коробки передач, управление авто с «механикой» осуществляется гораздо труднее. Не зря перед получением водительского удостоверения будущим автомобилистам приходится выслушивать многочасовые лекции, которые обучают самостоятельной езде. И самое главное, что даже после окончания курса далеко не всегда выпускники понимают все тонкости управления автомобилем, и в особенности работы с педалью сцепления. А между тем, если четко понимать эти нюансы, можно не только улучшить старт и разгон автомобиля, но и значительно увеличить срок службы самого элемента. В этом материале подробнее о работе сцепления и о тонкостях ее эксплуатации.

Сцепление: зачем нужно и как работает?

Разбираясь в предназначении педали сцепления изначально нужно понять принцип работы этого важнейшего узла. Поскольку одним из основополагающих элементов ходовой части автомобиля считается агрегат, то благодаря ему становится возможным разъединение коленчатого вала с коробкой передач. Именно возможность выполнения этого действия на небольшом промежутке времени позволяет переключать автомобилистам передачи в ходе передвижения. У большинства современных моделей авто сцепление однодисковое фрикционное. То есть такое устройство сцепления предполагает наличие основного элемента и привода. Узел сцепления, для более четкого его понимания, состоит из следующих элементов:

• Ведомый диск;
• Нажимной диск;
• Выжимной подшипник;
• Педаль.

Диск нажимного типа в быту достаточно часто называется корзинкой. Такая деталь напрямую соединяется с маховиком. Ведомый диск призван помочь сократить вероятность возгорания механизма, а выжимной подшипник – делает возможным функционирование вилки привода. Ну и собственно сама педаль сцепления в устройстве предназначена для того, чтобы автомобилист смог управлять сцеплением. На автомобилях с коробкой типа «автомат» такая педаль не предусмотрена.

Когда использовать сцепление?

Из уст автомобилистов очень часто можно услышать фразу относительно того, что педаль сцепления в авто считается самой легкой. Ведь она в отличие от педалей тормоза и газа, не отвечает ни за торможение, ни за ускорение авто. Однако такое утверждение в корне неверно. Поскольку именно педаль сцепления позволяет опытным автомобилистам управлять транспортом максимально эффективно. С помощью педали сцепления можно достичь максимальных показателей производительности, а также существенно увеличить срок службы транспортного средства. Однако при неправильном использовании элемента все это может перевернуться в противоположную сторону. То есть возможны даже серьезные неполадки с важнейшими узлами авто. Чтобы этого не произошло важно правильно пользоваться педалью сцепления. При старте авто для предотвращения повреждения педали необходимо выдавить педаль сцепления и установить первую передачу. Коленвал и коробка должны соединиться ровно, без рывков. А чтобы перейти правильно от нейтральной передачи к первой нужно сделать следующее:

• Намного выжать педаль;
• Сделать паузу на несколько секунд;
• Отпустить педаль.

Не следует слишком сильно передерживать сцепление, иначе диск может преждевременно износится.

Подробнее о педали сцепления можно узнать в этом видеоматериале:

Как работает сцепление в автомобиле

Несмотря на то, что сцеплением умеет пользоваться большинство автолюбителей, многие из них не в курсе, как работает сцепление, какие типы применяются, где находятся основные узлы и как с ним работать, чтобы увеличить срок эксплуатации. Давайте разберемся.

Назначение сцепления

Главное назначение сцепления – передача крутящего момента от коленвала к КПП.

• гасить крутильные колебания,
• обеспечить плавность переключения передач,
• кратковременно или долговременно отключать коробку передач от маховика силового агрегата.

Корректное использование сцепления:

• уменьшает нагрузки на агрегаты двигателя;
• снижает моментальную нагрузку на коробку переключения передач;
• в целом увеличивает ресурс двигателя и КПП;
• создает комфортность движения;
• способствует управляемости автомобиля;
• уменьшает потребление топлива.

Из чего состоит сцепление

Если рассматривать сцепление в общем виде, то оно содержит узлы:

• ведомый и ведущие диски;
• нажимной механизм;
• рычаги;
• пружины;
• вилка;
• система управления;
• нажимной подшипник;
• педаль;
• кожух.

Принцип действия основан основано на применении фрикционных механизмов. На них установлены фрикционные материалы, которые аналогичны изделиям, применяемым в тормозных системах. Раньше в состав таких материалов входил асбест. Затем исследования показали, что асбест может вызвать онкологические заболевания при попадании в организм человека. Поэтому стали применять безасбестовые фрикционы. С этой точки зрения при покупке и ремонте фрикционных дисков лучше обращаться к надежным поставщикам, которые реализуют качественные запчасти, в которых асбест отсутствует.

При отпущенной педали крутящий момент силового агрегата передается на нажимной механизм. Силы трения способствуют максимальной передаче мощности на ведомый диск.

Для выключения сцепления необходимо полностью выжать педаль. В этом случае через рычаги, тяги или гидравлическую систему отводится назад ведущий диск. Образуется механический зазор, что не позволяет вступать в действие силам трения. Крутящий момент от двигателя к КПП не передается. Такой режим используется в момент переключения передач, трогания автомобиля с места.

Рабочим режимом сцепления является также приблизительно среднее положение педали сцепления. В этом случае сцепление ведомого диска с ведущим является неполным. При вращении двигателя существует так называемая «пробуксовка» сцепления. В момент переключения передач и трогания с места она позволяет достичь плавности движения, предотвратить экстремальные нагрузки, как на КПП, так и на силовой агрегат. Корректности плавного включения сцепления учат всех водителей транспортных средств с механической коробкой переключения передач на первых занятиях по вождению.

Основные типы

По способам управления системы сцепления классифицируются:

• с рычажной или тросиковой системой (механические);
• гидравлические (управлением по давлению с применением системы цилиндр-поршень-топливопровод);
• электрические (применение электропривода);
• комбинированные (совместное применение перечисленных типов).

По типу применяемого трения:

1. Сухое. Такое сцепление применяется на большинстве автомобилей с механической КПП. Оно легче обслуживается, более простое.
2. Мокрое. Трение происходит в среде специальной жидкости. Может применяться в мощных автомобилях, мотоциклах, так как жидкость хорошо отводит тепло, образовавшееся в процессе трения.

По количеству ведомых дисков: однодисковые и многодисковые. Увеличение количества дисков необходимо на силовых агрегатах повышенной мощности, например, на транспортных тягачах. Можно с этой целью повышать размеры ведомых и ведущих дисков, но эффективнее и экономичнее увеличить их количество.

По конструкции пружин: с центральной диафрагменной пружиной и периферической (по краю).

По типу включения: с постоянным и периодическим включением. Постоянное включение имеет существенный недостаток, с которым сталкиваются водители, оставляющие автомобиль на длительную стоянку в холодное время года. Во время попытки запуска двигателя после длительной зимней стоянки обнаруживается, что сцепление «залипло». Переключить МКПП в другое положение проблематично. Чтобы «сорвать» сцепление приходится прибегать к чрезвычайным мерам.

Неисправности сцепления

В процессе эксплуатации автомобиля сцепление изнашивается. Наибольшее влияние на скорость износа оказывают следующие факторы:

• уровень профессионализма водителя;
• стиль вождения;
• географические характеристики местности (холмистость, изгибы трассы);
• условия эксплуатации автомобиля (городские, трасса, сельские);
• загруженность транспортного средства;
• неисправность стояночного тормоза, приводящего к необходимости держать автомобиль на сцеплении во время временной остановки на уклоне.

Наиболее характерные неисправности сцепления:

1. Пробуксовка. Она заключается в неполном контакте дисков сцепления, перегреве, износе фрикционного материалов. При отпущенной педали крутящий момент от силового агрегата к КПП передается менее чем на 100%. Первоначально это ощущается при движении на повышенных передачах, когда водитель «подбрасывает газку», а машина движется с прежней скоростью. Если не производить ремонт, при дальнейшей эксплуатации ситуация будет наблюдаться на низких положениях рычага КПП. Двигатель при перегазовке будет идти «вразнос», машина теряет приемистость.
2. Сцепление «ведет». Такое случается при неправильной регулировке сцепления, отказе выжимного подшипника, потере свойств смазочных материалов. При выжатой педали сохраняется механическая нагрузка на двигатель.
3. Отказ системы управления сцеплением.
4. Износ выжимного подшипника. При этом слышен характерный шум.

Диагностика отказов

Спецификой системы является тот факт, что на многих автомобилях возможность компьютерной диагностики отсутствует. Диски действительно трудно оснастить дополнительными датчиками, которые могут указать на высокую степень износа отдельных механизмов или их отказ. Поэтому основными методами контроля до сих пор являются звуковое и динамическое исследование устройств, вторичные признаки в виде изменения хода педали, приемистости автомобиля, наличия посторонних механических изменений.

Сцепление является сложным механизмом автомобиля. При появлении первых признаков неисправности следует немедленно приступать к устранению проблемы. Промедление может грозить дорогостоящим ремонтом двигателя и КПП.

Как работает сцепление?

Подавляющее большинство автотранспортных средств имеют трансмиссию. Цель трансмиссии — адаптировать мощность двигателя внутреннего сгорания (или электродвигателя в случае электромобиля) к дорожным условиям и условиям движения.

Есть несколько типов трансмиссий:

• MT (механическая коробка передач)
• AMT (автоматизированные механические коробки передач)
• DCT (коробка передач с двойным сцеплением)
• AT (автоматические коробки передач)
• CVT (бесступенчатая коробка передач)

Независимо от типа трансмиссии связь между двигателем внутреннего сгорания и коробкой передач осуществляется через соединительное устройство. В зависимости от типа трансмиссии сцепным устройством может быть сцепление, двойное сцепления или гидротрансформатор.

Где: 1 — переднее колесо, 2 — двигатель внутреннего сгорания, 3 — соединительное устройство (сцепление), 4 — коробка передач / трансмиссия, 5 — продольный вал (карданный вал), 6 — дифференциал, 7 — планетарный вал, 8 — заднее колесо

В таблицах ниже приведены возможные соединительные устройства для каждого типа трансмиссии.

Однодисковое сухое сцепление	Многодисковое мокрое сцепление	Гидротрансформатор
Механическая коробка передач	да	нет	нет
Автоматизированные механические коробки передач	да	да	нет
Коробка передач с двойным сцеплением	да (двойной выжим)	да (двойной выжим)	нет
Автоматические коробки передач	нет	да	да
Бесступенчатая коробка передач	нет	да	да

Все механические трансмиссии оснащены однодисковым сухим сцеплением. Сцепление расположено между двигателем и коробкой передач.

Основные функции сцепления на автомобиле с механической коробкой передач:

• позволяет отключать двигатель от коробки передач (например, когда автомобиль неподвижен или время переключения передач);
• выполняет постепенное соединение двигателя с коробкой передач (например, при трогании с места или после переключения передач);
• удерживает двигатель подключенным к коробке передач без пробуксовки;

Отсоединение двигателя от коробки передач при включенной передаче необходимо, чтобы частота вращения двигателя не опускалась ниже частоты вращения холостого хода. Если не отключать коробку передач, двигатель заглохнет.

Кроме того, при переключении на повышенную (или пониженную) передачу на механической коробке передач крутящий момент не должен передаваться на колеса. Это достигается отключением двигателя от коробки передач через сцепление.

Существуют разные типы сцепления, мы можем классифицировать их в основном по таким функциям:

• количество фрикционных дисков (один диск или многодисковое исполнение);
• тип трения (сухое или мокрое);
• тип привода (механический (трос или стержень) или гидравлический);

Чтобы разобраться в принципе работы сцепления мы будем использовать однодисковое сухое сцепление в качестве примера. Подробнее о многодисковом мокром сцеплении мы расскажем позже.

На изображении ниже вы можете увидеть схему однодискового сцепления. Коленчатый вал двигателя, маховик, пружина (спираль или диафрагма) и нажимной диск соединены вместе, они прикреплены друг к другу. С другой стороны, диск сцепления соединен с первичным валом коробки передач.

Когда педаль сцепления отпускается (как на изображении ниже), пружина нажимает на нажимной диск, который прижимает диск сцепления к маховику. Таким образом, вращение коленчатого вала передается на первичный вал коробки передач. Пружины создают достаточную прижимную силу, чтобы сцепление не проскальзывало.

Когда педаль сцепления нажата, с помощью механизма рычажного типа, пружина на нажимном диске снимается, и диск сцепления отрывается от маховика. Таким образом, коленчатый вал отсоединяется от первичного вала коробки передач.

Для лучшего понимания функции сцепления мы рассмотрим изображение ниже. Кроме выжимного подшипника, пружина является диафрагмой (а не спиралью), а также у нас есть фиксирующие элементы диафрагменной пружины с крышкой сцепления.

Где: 1 — коленчатый вал, 2 — маховик, 3 — диск сцепления (фрикционный), 4 — прижимная пластина, 5 — диафрагменная пружина, 6 — входной вал (коробка передач), 7 — выжимной подшипник сцепления, 8 — крышка сцепления (чехол), 9 — кольцо (опора диафрагменной пружины), 10 — установочный штифт, 11 — заклепка

Когда водитель автомобиля нажимает на педаль сцепления, выжимной подшипник (7) нажимает на внутреннюю часть диафрагменной пружины (5). Сила давления диафрагменной пружины на нажимной диск (4) снимается, и диск сцепления (3) больше не нажимает на маховик.

Если сцепление разомкнуто: коленчатый вал (1) + маховик (2) + крышка сцепления (8) + диафрагменная пружина (5) + нажимной диск (4) + выжимной подшипник (7, внешнее кольцо) вращаются, при этом диск сцепления (3) + выжимной подшипник (7, внутреннее кольцо) + первичный вал коробки передач (6) неподвижны (если включена передача и автомобиль остановлен).

Когда мы медленно отпускаем педаль сцепления, диафрагменная пружина начинает давить на нажимной диск. Контролируя положение педали сцепления, мы регулируем силу, прилагаемую нажимным диском к фрикционному диску. Величина усилия пружины напрямую зависит от крутящего момента сцепления. Когда сила нажатия пружины достаточно высока, сцепление перестает проскальзывать, и двигатель полностью соединяется с коробкой передач.

Где: 1 — двухмассовый маховик, 2 — крышка сцепления, 3 — механический расцепитель, 4 — устройство гашения колебаний педали, 5 — главный цилиндр, 6 — педаль, 7 — рабочий цилиндр, 8 — диск сцепления (фрикционный)

Выжимной подшипник

Где: 1 — упорное кольцо (внешний / внешнее кольцо), 2 — внутреннее кольцо, 3 — крепление для вилки разблокировки

Выжимной подшипник сцепления выполняет роль соединения неподвижной части (рычага) с подвижной вращающейся частью (диафрагменная пружина). Внутреннее кольцо контактирует с толкающим рычагом, в то время как внешнее кольцо давит на диафрагменную пружину. Через выжимной подшипник сцепления можно приводить в действие вращающуюся диафрагменную пружину с неподвижным рычагом.

Диафрагменная пружина

Роль пружины — удерживать сцепление в замкнутом состоянии (двигатель соединен с коробкой передач), когда педаль сцепления не нажата. В настоящее время почти все сцепления имеют диафрагменные пружины. Более старые версии имели несколько (6-8) винтовых пружин вокруг нажимного диска. Пружина должна оказывать достаточное давление / силу на нажимной диск, чтобы сцепление не проскальзывало, даже если двигатель развивает максимальный крутящий момент.

Прижимная пластина

Прижимной диск соединен с крышкой сцепления и вращается вместе с первичным валом коробки передач. Роль прижимной пластины заключается в том, чтобы прижимать диск сцепления к маховику при отпускании педали сцепления. Прижимная пластина довольно тяжелая, имеет небольшой объем. Причина в том, что во время пробуксовки сцепления необходимо отвести некоторое количество тепла. Тепло «улавливается» нажимной пластиной и маховиком, а затем выбрасывается в атмосферу.

Фрикционный диск

Фрикционный диск — важнейший компонент сцепления. Он выполняет роль соединения вращающейся части (маховика двигателя) с другой частью, которая может быть неподвижной или вращающейся (нажимной диск). Благодаря этому в течение всего срока службы фрикционный диск должен выдерживать высокие механические и термические нагрузки. Тем не менее, фрикционный диск должен удовлетворять следующим требованиям:

• иметь коэффициент трения между пределами для разных значений крутящего момента, скольжения или температуры;
• выдерживать высокие механические нагрузки;
• работать в условиях высоких температур;

Уровень износа фрикционного диска зависит, в первую очередь, от количества тепла, выделяемого в моменты соединении / разъединении коробки передач и двигателя. Количество тепла (энергии) зависит от скольжения и передаваемого крутящего момента. Пробуксовка сцепления — это разница скоростей между маховиком (двигателем) и нажимным диском (первичный вал коробки передач).

Например, если нам предстоит трогаться с места с большим уклоном (например, 10%), нам нужно увеличить обороты двигателя. Повышение оборотов увеличивает крутящий момент, необходимый для трогания. Комбинация между высокими оборотами и крутящим моментом приведет к выделению большого количества тепла. Подобные события ускоряют износ фрикционного диска сцепления.

С другой стороны, если мы отпускаем педаль сцепления слишком быстро, чтобы уменьшить фазу пробуксовки, если разница между оборотами двигателя и коробки передач велика, это вызовет колебания в трансмиссии или даже остановит двигатель.

Наилучший сценарий — как можно более плавное отпускание педали сцепления, при этом двигатель будет работать на малы оборотах (если это разрешено) за короткое время. Опытный водитель легко справится с этим, а новичку — сложнее.