Как работает сцепление, каковы его типичные неисправности, и как их избежать

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.

Зачем нужно сцепление?

Все виды двигателей внутреннего сгорания выдают крутящий момент в ограниченном диапазоне оборотов. Чтобы менять скорость вращения ведущих колес, ДВС должен дополнительно оборудоваться трансмиссией. Она позволяет двигателю работать в оптимальном диапазоне оборотов, изменяя при этом скорость вращения за счет переключения передач.

Но переключение передачи – технически сложный процесс, поскольку для этого требуется временное прекращения подачи крутящего момента с двигателя на трансмиссию. Но тогда, чтобы плавно переключить скорость, потребуется выключать двигатель.  Назначение сцепления – прерывание сообщения между коробкой передач и двигателем при его работе. То есть, этот узел прекращает передачу крутящего момента с двигателя на коробку передач при непрерывно работающем моторе.

Конструкция и принцип работы сцепления

Основная часть сцепления — это  диск, который с обеих сторон покрыт фрикционным материалом с повышенным коэффициентом трения. Его устанавливают на маховике, и когда на диск действует внешнее усилие, он вращается вместе с маховиком.

К диску сцепления подключается ведущий вал трансмиссии, через который на коробку передач передается крутящий момент. Привод сцепления, состоящий из корзины, нажимного диска и кожуха, и создает это прижимное внешнее усилие. При этом кожух, с которым монтируется корзина сцепления, должен быть прочно прикреплен к маховику, прижимая к диску сцепления нажимной диск. В этом положении крутящий момент от двигателя полностью передается на коробку передач.

Чтобы разомкнуть механизм сцепления или, как его еще называют муфту сцепления, и прекратить подачу крутящего момента на трансмиссию, применяется  специальная диафрагменная пружина. Ее контур всегда остается неподвижным, а лепестки в середине подпуржинены. Она расположена между нажимным диском и кожухом. Если на внутреннюю часть пружины нажать, то она отведет ведомый диск сцепления от основного диска.  Соответственно, подача крутящего момента приостановится. Этот процесс происходит при нажатии водителем педали сцепления. В момент, когда механическая схема сцепления разомкнута, можно переключать передачу. После того как переключение состоялось, педаль отпускается, работа сцепления возобновляется и крутящий момент снова передается на трансмиссию.

В диске сцепления расположено несколько демпферных пружин, предназначенных для выравнивания колебаний и порождаемых ими вибраций, источником которых является работающий двигатель. При этом устройство ведомого диска сцепления таково, что его ступица не жестко крепится на основном диске. То есть крутящий момент передается на диск сцепления, потом на пружины и только после этого на ступицу ведомого диска. Таким образом практически полностью гасятся крутящие колебания, создаваемые двигателем, обеспечивая большую плавность хода.

При нажатии на педаль сцепления усилие передается через главный и рабочий цилиндр, после чего специальная вилка рассоединяет диск и маховик. Главный и рабочий цилиндр сцепления состоят из корпуса, в котором размещаются толкатель и поршень, они заполнены жидкостью, которая по своим свойствам напоминает тормозную. При нажатии педали жидкость под давлением поступает в главный цилиндр, который передает давление в рабочий, где производится воздействие на вилку, разводящую муфту. После отпускания педали, жидкость через клапан опять возвращается в главный цилиндр, и диск соединяется с маховиком. Такая система позволяет уменьшить усилие, прикладываемое к педали за счет разности объема цилиндров.

Виды сцепления и классификация

Сегодня автомобилисты выделяют множество классификаций сцепления. Можно встретить однодисковые или многодисковые механизмы. Кроме того, сцепление бывает сухими и мокрым, на это влияет среда, в которой работает узел. Самое большое распространение имеет сухое однодисковое сцепление. Отдельную классификацию выделяют относительно типа рабочего привода и относительно принципа нажатия на корзину.

По характеру силы трения существует два вида: сухое и мокрое. Сухое – обеспечивается за счет функциональной работы передачи вращения между двумя шкивами. Мокрое сцепление работает за счет передачи энергии при помощи сжатия компонентов, находящихся в автомобильном масле.

Отдельно существует различие по количеству шкивов:

• Однодисковые. Системы, которые характерны как для легкового транспорта, так и для грузового. Элемент применим для автомобилей, у которых крутящий момент попадает в диапазон 0,7–0,8 кНм.
• Многодисковая система. Применима для тяжелых транспортных средств с высоким крутящим моментом. В конструкции предусмотрено наличие двух рабочих дисков, корзины и системы контроля синхронного нажатия.
  

Если рассуждать относительно расположения пружин на дисках, то можно отметить, что встречаются два варианта: демпферные пружины помещены по периферии и наличие централизованной диафрагмы.

Принцип работы сцепления с механическим приводом

Стоит отметить, что данный узел имеет одинаковый принцип работы вне зависимости от количества ведомых валов и типа создания нажимных усилий. Исключение составляет тип привода. Напомним, он бывает механическим и гидравлическим. И сейчас мы рассмотрим принцип работы сцепления с механическим приводом.

Как же действует данный узел?

В рабочем состоянии, когда педаль сцепления не затронута, ведомый диск зажат между нажимным и маховиком.

В это время передача крутящих усилий на вал производится за счет силы трения.

Когда водитель нажимает ногой на педаль, трос сцепления перемещается в корзине. Далее рычаг поворачивается относительно своего места крепления. После этого свободный конец вилки начинает давить на выжимной подшипник.

Последний, перемещаясь к маховику, — давить на пластины, которые отодвигают нажимной диск. В данный момент ведомый элемент освобождается от прижимающих усилий и таким образом происходит отсоединение сцепления.

Далее водитель свободно производит переключение передачи и начинает плавно отпускать педаль сцепления. После этого система вновь включает в связь ведомый диск с маховиком. По мере отпускания педали сцепление включается, происходит притирка валов. Через некоторое время (пару секунд) узел в полной мере начинает передавать крутящий момент на двигатель.

Последний через маховик осуществляет привод на колеса. Стоит отметить, что трос сцепления присутствует только на узлах с механическим приводом. Нюансы конструкции другой системы мы опишем в следующем разделе.

Принцип работы сцепления с гидравлическим приводом

Здесь, в отличие от первого случая, усилие от педали к механизму передается посредством жидкости.

Последняя содержится в специальных трубопроводах и цилиндрах.

Устройство данного типа сцепления несколько отличается от механического.

На шлицевом конце ведущего вала трансмиссии и стального кожуха, закрепленного к маховику, устанавливается 1 ведомый диск.

Внутри кожуха есть пружина с радиальным лепестком. Она служит выжимным рычагом. Управляющая педаль при этом подвешивается на оси к кронштейну кузова. К ней также прикреплен толкатель главного цилиндра на шарнирном соединении. После того как происходит выключение узла и переключение передачи, пружина с радиальными лепестками возвращает педаль в исходное положение.

В конструкции узла присутствует как главный, так и рабочий цилиндр сцепления. По своей конструкции оба элемента очень схожи между собой. Оба состоят из корпуса, внутри которого присутствует поршень и специальный толкатель. Как только водитель нажимает педаль, задействуется главный цилиндр сцепления. Здесь при помощи толкателя поршень перемещается вперед, благодаря чему давление внутри увеличивается. Последующее его передвижение приводит к тому, что жидкость проникает в рабочий цилиндр через нагнетательный канал. Так вот, благодаря воздействию толкателя на вилку и происходит выключение узла. В то время, когда водитель начинает отпускать педаль, рабочая жидкость поступает обратно. Это действие приводит к включению сцепления. Данный процесс можно описать так. Сначала открывается обратный клапан, который сжимает пружину. Далее идет возврат жидкости из рабочего цилиндра в главный. Как только давление в нем становится меньше усилия нажатия пружины, клапан закрывается, а в системе образуется избыточное давление жидкости. Так происходит нивелирование всех зазоров, которые находятся в определенной части системы.

Как правильно пользоваться сцеплением на автомобиле

На практике работа со сцеплением автомобиля в основном выражается в выработке навыка правильного трогания с места, особенно на подъеме. При оживленном городском движении умелая работа с педалью позволит автомобилю двигаться плавно и не заглохнуть при резком торможении.

При начале движения, нужно, отпуская педаль сцепления, уловить момент соприкосновения дисков, уравновесить скорости их вращения, и дальше плавно отпустить педаль. Ориентир – число оборотов двигателя. Если двигатель работает равномерно, значит, сцепление включается правильно.

Сцеплением следует пользоваться лишь при старте, переключении передач и при остановке автомобиля. Выполнение этого требования продлит срок его службы.

• Резкое или, наоборот, замедленное отпускание педали сцепления при старте приводит к ускоренному износу рабочей поверхности дисков.
• Остановка на светофоре при нажатой педали и включенной передаче не лучшим образом скажется на работе нажимных пружин, подшипника и вилки выключения.

Две главные неисправности механизма сцепления – это недостаточно плотное соприкосновение дисков и недостаточно полное их разъединение.

1. В первом случае сцепление пробуксовывает, а у автомобиля будет наблюдаться плохая динамика разгона. Обычно это является результатом износа ведомого диска, его фрикционных накладок.
2. Во втором случае в результате неполного разъединения дисков при включенной передаче и нажатой педали автомобиль пытается поехать.

Если эти неисправности не устраняются регулировкой привода, то необходим ремонт самого механизма в стационарных условиях.

Эксплуатация сцепления

При эксплуатации автомобиля необходимо периодически проверять уровень в бачке, питающем жидкостью гидравлический привод сцепления. Если уровень окажется меньше нормы, то его обязательно следует восстановить, долив тормозной жидкости.
В противном случае, когда ее уровень понизится до нуля, усилие вашей ноги на педали сцепления будет передаваться в никуда.

Пониженный уровень жидкости или неправильная регулировка сцепления может привести к тому, что передачи на вашем автомобиле будут включаться с огромным усилием или вообще включаться не будут. И если, при полностью нажатой педали
сцепления, вам все-таки удастся «впихнуть» первую передачу, то автомобиль самопроизвольно начнет медленное движение, хотя в данный момент двигатель еще должен быть отделен от ведущих колес.

Как это может случиться и почему машина едет?

Описанная неприятность называется – сцепление ведет. Суть происходящего в следующем. В то время, когда ведомый диск сцепления не должен иметь контакта с маховиком, он все-таки за него немного цепляется, и поэтому часть крутящего момента передается на вал коробки передач и далее на ведущие колеса.

Со сцеплением может случиться неприятность и другого рода. Так как каждый раз, отпуская педаль сцепления, мы заставляем обе поверхности ведомого диска сильно тереться о железный маховик и не менее железный нажимной диск, то естественно боковые поверхности ведомого диска со временем изнашиваются.

Это нормальный процесс, предусмотренный конструкцией автомобиля, и ведомый диск является расходным материалом. Однако наступает момент, когда и первая передача включена, и педаль сцепления наверху, и «газуете» вы так, что у проезжающих мимо водителей «сердце кровью обливается». Но износ накладок ведомого диска уже настолько велик, что теперь он не зажимается между маховиком и нажимным диском с должным усилием, и, прокручиваясь, не передает крутящий момент от двигателя к трансмиссии. Описанное явление называется – сцепление пробуксовывает.

Конечно, здесь описан пример совсем уж глухого и слепого водителя, потому что машина намного раньше «предупреждала» его о том, что такой случай может произойти в ближайшее время. Еще раньше, на подходе к максимальному износу, ведомый диск начал пробуксовывать, сначала на четвертой передаче, затем на третьей и так далее.

Начало критического износа легко определить, двигаясь на четвертой передаче со скоростью 40 – 45 км/ч. Если при активном нажатии на педаль газа обороты
двигателя начинают увеличиваться, а машина продолжает движение с постоянной скоростью, то в подтверждение своей догадки вы еще и унюхаете специфический запах «подгорающих» накладок диска. Значит, пора покупать новый диск.

«Шелест» в районе сцепления и его пропадание при полностью нажатой педали сцепления означает, что вы должны готовится к замене выжимного подшипника. Резкие старты и ускорения машины, постоянное держание ноги на педали сцепления при
движении ведут к ускоренному износу не только сцепления, но и других агрегатов автомобиля.

Укорачивает срок службы сцепления и еще одна плохая привычка. Это когда водитель долго удерживает педаль сцепления в нажатом состоянии, например, на все время остановки перед красным сигналом светофора.

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.

Устройство и принцип работы педалью сцепления

⁠1 — направляющая втулка выжимного подшипника; 2 — первичный вал коробки передач; 3 — поводок троса; 4 — рычаг вилки выключения сцепления; 5 — втулка оси вилки; 6 — нажимной диск в сборе (корзина); 7 — ведомый диск; 8 — маховик; 9 — педаль сцепления; 10, 11, 12 — механизм автоматической регулировки длины троса; 13 — выжимной подшипник; 14 — трос сцепления; 15 — упор троса  Что происходит, когда мы нажимаем педаль сцепления.   Нажимаем педаль сцепления (9), в этот момент происходит натяжение троса сцепления (14), что приводит в движение вилку выключения сцепления (4), вилка вращается на втулке оси (5). Вилка давит на выжимной подшибник (13), который в свою очередь, нажимает лепестки в корзине сцепления (6), а лепестки связаны непосредственно с  нажимным  диском, который находится внутри корзины (его на рисунке не видно, но он там). Корзина болтами  крепится к маховику (8), а маховик жестко связан  с коленвалом двигателя и всегда вращается при работающем двигателе. Изначально нажимной диск прижимает ведомый диск (7)  к маховику. Ведомый диск  находится между корзиной и маховиком на шлицах первичного вала коробки передач (2) и когда педаль сцепления отпущена ведомый диск зажат, тем самым обеспечивает сцепление двигателя с коробкой передач, а далее со всей ходовой частью. При нажатии педали(9) вилка  сцепления давит на выжимной подшипник, тот, в свою очередь, давит на лепестки корзины, а они связаны с ведущим нажимным диском, который освобождает ведомый диск (7) и сцепление двигателя с колесами отключается.

Момент срабатывания сцепления

Возможно, вам сразу станет понятно,  в какой именно момент при отпускании педали сцепления, происходит нагрузка на двигатель.

Чтобы стронуть автомобиль с места, мы должны задержать педаль сцепления и не дать двигателю заглохнуть. А для увеличения тяговой силы двигателя, мы нажимаем педаль газа.

Мы для того и медленно отпускаем педаль сцепления, чтобы  добиться пробуксовки дисков, работая педалью — что  и ведет к плавному переходу оборотов двигателя на колеса.

Но этого мало — надо твердо уловить момент сцепления. Без тренировки, здесь не обойтись.

Когда будете отпускать педаль сцепления, примерно до середины хода, педаль проходит в холостую, по-этому, до срабатывания сцепления, педаль можно отпускать быстрее. В будущем, вы уже не заметно для себя, будете пропускать холостой  ход педали. Холостой ход сделан специально, чтобы дать вам время настроиться для работы.

Сам процесс сцепления происходит в промежутке не более одного двух сантиметров хода педали. Но Вам надо будет улавливать непосредственно момент срабатывания сцепления.

Повторить эту процедуру несколько раз, чтобы  разобраться в каком положении начинает срабатывать сцепление, не давая заглохнуть двигателю.

Старайтесь не напрягать сильно ногу, а лучше постарайтесь прочувствовать процесс на уровне предчувствия. В момент трогания с места , постарайтесь нажимать педаль сцепления снова и снова,  для того, чтобы быстрей уловить этот момент и дать привыкнуть ноге.

Если Вы, при помощи педали, не дадите полностью включиться сцеплению, автомобиль начнет плавное движение.

При этом, не отпуская педали сцепления, а наоборот даже немного нажать на нее, пробуксовка дисков должна исключить  быстрое ускорение, но не должно привести к остановке.

После того, когда вы разберетесь с тем, в какой момент  срабатывает сцепление,  вы должны будете добиться плавности хода при трогании.

При правильной работе педалью сцепления,  вы сможете добиться:

• наиболее  минимальной скорости движения,
• при парковке или движении задним ходом, чтобы успевать выворачивать руль в нужном направлении,
• при других маневрах, требующих минимальной скорости, как  передним, так и задним ходом

Чтобы добиться минимальной скорости  движения, потренируйтесь на прямом участке трогаться и сразу нажимать сцепление. После нажатия педали сцепления ваш автомобиль будет двигаться накатом и, не трогая педаль газа, пробуйте медленно отпустить сцепление, автомобиль начнет замедлять движение, так называемое торможение двигателем, и снова нажмите педаль сцепления. И так можно это проделывать сколько угодно до полной  остановки.

Только старайтесь не доводить до рывков, так сказать  «кашлянья» двигателя. Надо чтобы двигатель работал ровно. Вот таким образом при помощи сцепления можно уменьшить скорость до минимума. Можно ехать даже не нажимая педаль газа или же с минимальной подачи «газа».

Как только вы начнете улавливать этот  момент начала движения  автомобиля, или почувствуете по звуку нагрузку на  двигатель — это момент передачи  работы двигателя на вращение  колес, то тогда все остальное уже дело техники.

Механизм сцепления практически все время испытывает нагрузки при эксплуатации автомобиля. Это зависит от дорожных условий, от загруженности автомобиля, от того как вы научитесь управлять сцеплением при переключении передач и трогании, да и вождения в целом.

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:

О некоторых неисправностях

Из приведенного выше рисунка видно, что кроме узлов самого сцепления в его работе задействованы и другие. Не надо, наверно, и говорить, что только их исправное состояние, а также других элементов привода, связывающих педаль сцепления с корзиной, обеспечивает безопасные условия движения. В качестве примера можно рассмотреть различные возможные ситуации, в которых могут проявляться связанные с этим неисправности.

Одним из параметров, характеризующих исправность и правильность регулировки всей системы, является свободный ход педали сцепления. Так называется то расстояние, которое свободно проходит педаль сцепления до его срабатывания. Появляется свободный ход из-за наличия зазоров в отдельных узлах и элементах привода. Наглядно он показан на приведенном выше рисунке и не должен превышать тридцати пяти миллиметров. Ощущается зазор как движение педали сцепления без усилий при нажатии на нее.

Другими словами, вначале при нажатии на педаль она движется свободно, а потом начинает ощущаться сопротивление движению. Вот этот промежуток – движение без усилий и называется свободным ходом. Его слишком большое значение свидетельствует о существенном износе деталей или необходимости регулировки. Если этого не выполнить, то возможно возникновение проблем с включением или переключением передач.

Провалилась педаль сцепления

Когда нажимают на педаль она без всякого усилия уходит вниз, не возвращаясь в нормальное положение. Причин этого может быть несколько, вот некоторые из возможных:

1. тросик сцепления в месте заделки его наконечника порвался (в случае механического привода). Такой дефект устраняется заменой тросика, и проводить его необходимо в условиях сервисного центра или мастерской;
2. слетела или лопнула возвратная пружина (9). В тех случаях, когда пружина слетела, то после того, как ее поставить на место, дефект – провалилась педаль сцепления, будет устранен. В противном случае надо добираться опять же до мастерской.
3. поломалась вилка включения (14) из-за чего и провалилась педаль сцепления. Понятно, что в этом случае ремонт возможен в условиях гаража или мастерской;
4. попал воздух в систему гидропривода. Тогда необходима прокачка привода для удаления попавшего воздуха.

Добраться до автосервиса можно в принципе самостоятельно, используя такой прием. Выключить двигатель, включить передачу (первую или вторую), повернуть ключ, завести мотор и одновременно прибавить газ, при этом автомобиль сразу начнет двигаться. Вот так и ехать, не переключая передачи и не останавливаясь.

Скрипит педаль сцепления при нажатии

У этого явления также есть несколько причин. Скрип педали сцепления может быть вызван дефектом, например, той же вилки  и устраняется ее заменой. Износ других элементов привода также может вызвать скрип педали сцепления. Для предотвращения его в этом случае необходимо смазать все возможные места возникновения скрипа (сочленения деталей) и заменить изношенные.
Причиной, вызывающей скрип педали сцепления, может быть непосредственно какая-нибудь из применяемых пружин или сам тросик сцепления. Относиться к такому явлению надо очень осторожно, скрип педали сцепления надо воспринимать как предвестник отказа одной из деталей привода, например, обрыва тросика.

Стук при отпускании педали сцепления

Однозначно назвать причину этого явления достаточно сложно. Стук при отпускании педали сцепления может быть вызван как износом деталей самого сцепления, так и включением передачи в КПП. Если это связано с износом деталей сцепления, то необходимо проведение его диагностики, хотя в большинстве случае все может свестись к рекомендации замены, как минимум, корзины, хотя и не обязательно, что после этого стук при отпускании педали сцепления прекратится.
Не стоит забывать, что при отпускании педали автомобиль начинает двигаться, и вполне возможно, что возникающий стук при отпускании педали сцепления с этим никак не связан. Источником его могут быть совсем другие узлы, например, элементы подвески.

Вибрирует педаль сцепления

В данном случае, скорее всего, причиной появления вибрации будет являться износ или деформация отдельных деталей механизма сцепления. Устраняется это только заменой.

Шум при отпущенной педали сцепления

Такой дефект классифицируется однозначно. Шум при отпущенной педали сцепления вызван износом или повреждением выжимного подшипника. Причиной этого может быть как износ подшипника, так и неправильная манера езды. Здесь надо напомнить, что при движении автомобиля левая нога не должна касаться педали. Если этого не выполнять, то возможен описанный дефект. Кроме того, причиной может быть и начало движения на высоких оборотах двигателя.

Кроме того, что педаль сцепления включает-выключает связь двигателя и трансмиссии, она может служить своеобразным индикатором его технического состояния, сигнализируя о вероятных неисправностях или приближении отказа в ближайшее время. Немаловажное значение имеет также то, что необходимо грамотное и правильное использование возможностей, предоставляемых этими элементами конструкции автомобиля.