Как работает сцепление

Сцепление

sh4Автомобильные двигатели могут работать только в определенном диапазоне оборотов коленчатого вала. Например, такой диапазон составляет от 1000 до 4000 оборотов/минуту. Начальная скорость автомобиля равна нулю, а обороты двигателя 1000 об./мин. Когда транспортное средство трогается с места жесткое соединение коленчатого вала с колесами недопустимо. Если отделить вал двигателя от трансмиссии, то при работе двигателя, когда его коленчатый вал вращается с определенной скоростью, первичный вал коробки передач, связанный с ведущими колесами, может быть неподвижен. Чтобы автомобиль плавно тронулся с места между маховиком и коробкой передач устанавливается специальный механизм – сцепление.

Термин «сцепление» применяется для определения компонента трансмиссии транспортного средства. Сцепление – механическая система предназначеная для передачи и прерывания передачи крутящего момента от двигателя к коробке передач. Изобретателем сцепления считается Карл Бенц.

Упрощенно этот механизм можно представить в виде двух дисков имеющих возможность перемещаться по шлицам валов. В этом механизме используется силы трения, которые передают крутящий момент двигателя на первичный вал коробки передач. При сжатии дисков вначале происходит некая их пробуксовка, которая сопровождается постепенным увеличением вращения вала коробки передач и плавным началом движения.

Механизм сцепления нужен не только для того, чтобы автомобиль плавно трогался с места, но и необходим для переключения передач. Переключение передачи происходит достаточно быстро, причем происходит резкое падение оборотов коленчатого вала двигателя. Разгон автомобиля сопровождается увеличением числа оборотов коленчатого вала. В момент, когда автомобиль трогается с места и до тех пор, пока число оборотов первичного вала не достигнет минимума диапазона, сцепление должно работать с пробуксовкой.

tehnika_25Для плавного перехода на следующую передачу нужно предварительно выключить сцепление. После переключения передачи вновь включить сцепление и превести в соответствие скорость автомобиля с оборотами коленчатого вала. Эти же операции необходимо проделать при переходе на все последующие передачи. Таким образом, во всех случаях, когда скорость автомобиля не соответствует скорости вращения коленчатого вала необходимо прибегать к помощи сцепления.

Конструкция стандартного механического сцепления состоит из шести основных компонентов: маховика, ведомого диска сцепления, ведущего (нажимного) диска, пружин, системы тяг и рычагов и корпуса.

Маховик является важным связующим элементом, а также формирует основу всей конструкции механизма сцепления. Большинство видов сцепления основаны на силе трения и скольжения. Для этого используются один или несколько фрикционных дисков, которые плотно прижимаются к маховику пружинами. В качестве фрикционного материала для дисков сцепления раньше использовали асбестосодержащие смеси, но в современных материалах нет асбеста. По сотаву он очень похож на тормозные колодки.

Механическая система тяг и рычагов служит для передачи усилия от педали на механизм сцепления. В современных системах чаще используется гидравлический или электрический привод.

При нажатии на педаль происходит выключение сцепления, т.е. ведущий и ведомый диски разводятся, образуя между собой свободный зазор. Чтобы включить сцепления необходимо отпустить педаль и диски под действием пружин плотно прижмутся друг к другу и к маховику.

Ведомый диск сцепления, круглый и тонкий как музыкальный компакт диск, но сделан из очень прочной стали. На диске расположены пружинные пластины с фрикционными накладками. Пружинные пластины обеспечивают плавное расхождение при выключении и постепенное сжатие при включении механизма сцепления.

stseplenieЦентр диска – ступица, которая подвижно крепитя к первичному валу коробки передач. Она перемещается в направлении маховика и обратно по шлицам вала. Для гашения крутильных когебаний, которые возникают вследствие переменных нагрузок, в ступеце предусмотрены фрикционные шайбы.

Корпус (корзина) сцепления – металлический кожух, изготовленный из чугуна или алюминия. Один конец прикреплен к двигателю, а противоположный к коробке передач. Внутри расположены все компоненты механизма, есть отверстия для систем охлаждения. Через одно из отверстий выведена рукоять вилки, которая соединяется с педалью сцепления механическим способом либо с гидравлическим или электрическим приводом.

Работа сцепления в простом варианте выглядит следующим образом. При нажатии на педаль сцепления сначала выбирается зазор свободного хода педали между вилкой и нажимной муфтой. Затем муфта перемещает выжимной пошипник, который нажимает на концы рычагов, которые отводят нажимной диск от ведомого, нажимные пружины сжимаются, образуется зазор. Сцепление выключено, крутящий момент не предается на ведущие колеса.

При отжатии педали, муфта возвращает выжимной подшипник в исходное положение. Под действием нажимных пружин ведущий диск прижимается к маховику, обжимая при этом ведомый диск. Благодаря демпферным пружинам при включении сцепления передача крутящего момента осуществляется плавно.

sceplenieПомимо фрикционного сцепления в некоторых транспортных средствах применяются другие виды, которые способны обеспечить работу при определенных условиях.

В большегрузных и спортивных автомобилях, чья работа связана с большими нагрузками, применяется керамическое сцепление. Такой механизм характеризуется высоким коэффициентом трения, но ввиду того, что в нем практически отсутствует проскальзывание (пробуксовка), оно не применяется в стандартных автомобилях.

В некоторых модификациях автомобилей с ручным управлением (для людей с ограниченными возможностями) применяется порошковоэлектромагнитное сцепление. Между дисками помещается ферромагнитный порошок, который затвердевает при подаче электрического тока и обеспечивает передачу крутящего момента.

В центробежном сцеплении фрикционные накладки ведущего диска расположены по дуге и притянуты к центру пружинами. При увеличении оборотов под действием центробежной силы накладки прижимаются к ведомому диску, приводя его в движение. Такое сцепление применяется в безопилах в целях повышения безопасности. При заедании пилы в древесине обороты падают, и сцепление автоматически отключается.