Роль автомобильного сцепления заключается в том, чтобы привод, создаваемый двигателем, передавался на коробку передач. В частности, он служит для отсоединения и соединения коленчатого вала двигателя с компонентами трансмиссии транспортного средства. Поэтому выбор подходящей модели чрезвычайно важен. Проверьте, как они работают, какие бывают типы, преимущества и недостатки автомобильных сцеплений.
Задачи главного сцепления
К основным задачам сцепления относятся:
- передача крутящего момента от двигателя на коробку передач и, следовательно, обеспечение быстрого и бесперебойного переключения передач;
- обеспечение плавного пуска без рывков;
- защита приводной системы от перегрузок; выравнивание колебаний в приводной системе; обеспечивает плавную остановку автомобиля — отключение сцепления позволяет двигателю работать должным образом, несмотря на очень низкую скорость.
Основные виды автомобильных сцеплений
Из-за различных типов коробок передач существуют модели сцепления, адаптированные к их конструкции и специфике работы. Механические коробки передач, безусловно, самые популярные и самые дешевые в эксплуатации. Другими, менее популярными механизмами являются автоматические, полуавтоматические и бесступенчатые трансмиссии, а какие типы автомобильных сцеплений наиболее распространены?
Различные типы автомобильных сцеплений
В рамках базовой классификации автомобильные сцепления делятся на три основные группы, различающие их по принципу действия:
- фрикционы,
- электромагнитные муфты,
- гидравлические муфты.
Другие типы автомобильных сцеплений
Каждый из вышеупомянутых представляет собой так называемый главное сцепление, которое присутствует практически во всех автомобилях. Однако стоит знать, что на самом деле существует множество других типов сцеплений. Они расположены в различных механизмах автомобиля и могут выполнять различные функции. Вязкостные муфты, однонаправленные, кулачковые, гибкие, зубчатые муфты — это лишь некоторые из распространенных решений. Их задачи действительно очень разные, они могут, например, управлять дополнительными устройствами, защищать систему от перегрузки, запускать привод 4х4 и т. д.
Однако в дальнейшей части статьи мы остановимся на основных сцеплениях: фрикционном, электромагнитном и гидрокинетическом.
Фрикционная муфта
Внутри самих фрикционов есть несколько типов конструкции. Из-за формы трущихся элементов существуют фрикционные муфты: дисковые муфты и, что гораздо реже, конические и барабанные муфты. Дисковые муфты чаще всего бывают одинарными, двухдисковыми или многодисковыми. Одинарные и двойные диски обычно сухие, а многодисковые — мокрые (в масле).
Их также можно разделить по способу оказания давления. Эта классификационная модель различает фрикционные муфты: механические, центробежные и полуцентробежные, электрические, гидравлические и пневматические. Однако стоит отметить, что как центробежно-механические муфты, так и их полуцентробежные версии можно отнести к «историческим». Последний использовался в 1950-х годах (например, в Nysa 57 или Star 20), в то время как центробежные муфты используются сегодня (но все еще в модифицированной барабанной версии) только в мопедах и легких скутерах.
Дисковые фрикционные муфты являются наиболее распространенным типом, используемым в транспортных средствах — как легковых, так и грузовых. Водители управляют им с помощью педали сцепления.
Как работает фрикционная муфта?
В случае фрикционной муфты привод передается за счет сил трения, препятствующих проскальзыванию ведомого и ведущего элементов сцепления. Другими словами, нажатие на педаль сцепления заставляет скользящий нажимной диск отойти от ведомого диска сцепления. Это, в свою очередь, приводит к потере силы трения. Благодаря этому как сам диск сцепления, так и остальные компоненты системы привода могут работать независимо от коленчатого вала двигателя, что позволяет, например, переключать передачи.
При отпускании педали сцепления нажимной диск возвращается в исходное положение: он движется к диску сцепления и начинает вращаться вместе с ним — с той скоростью, с которой вращается коленчатый вал двигателя.
Конструкция фрикционной муфты
Основными конструктивными элементами дисковых фрикционов являются: диск сцепления, нажимной диск, нажимные пружины, корпус сцепления, рычаги выключения и выжимной подшипник. Маховик также считается составной частью системы сцепления — чрезвычайно важным элементом, установленным на коленчатом валу двигателя со стороны коробки передач.
Роль маховика (он может быть одно- или двухмассовым) заключается в кратковременном накоплении кинетической энергии коленчатого вала в промежутках между рабочими ходами отдельных поршней. Благодаря этому механизму коленчатый вал может продолжать вращение, ни один из поршней не находится в рабочем ходе (который производит энергию только). Маховик также играет важную роль при запуске двигателя: стартер соединяется с зубчатым кольцом на нем, что позволяет запускать выключенный привод.
Второй, не менее важный элемент системы сцепления — это блок давления, часто называемый просто нажимным диском сцепления. В его состав входят: крышка сцепления, прикрепленная к маховику; подвижная прижимная пластина, соединенная с крышкой; и тарельчатая пружина, соединяющая эти части.
Ключевым элементом обсуждаемой системы является диск сцепления, работающий с нажимным диском. Ключ, ведь именно он передает привод с коленчатого вала двигателя на вал сцепления коробки передач. Диск сцепления состоит из ступицы, установленной на шлице вала сцепления, и опорного диска с прикрепленными к нему фрикционными накладками. Обычно он дополнительно оснащается гасителем крутильных колебаний, роль которого заключается в защите приводной системы от резонансных колебаний и гашении колебаний, вызванных динамическими изменениями крутящего момента.
Последний блок, который обеспечивает работу автомобильной системы сцепления, на практике запускается первым сразу после нажатия на педаль сцепления. Речь идет о механизме выключения, который состоит из направляющей втулки, вилки выключения и выжимного подшипника. Последний позволяет передавать усилие от педали и привода (гидравлического или механического) на диафрагменную пружину, другими словами — просто выключает сцепление.
Достоинства и недостатки фрикционной муфты
Существует более десятка различных типов фрикционных муфт, каждый из которых характеризуется строго определенным, характерным набором преимуществ и недостатков.
Здесь прежде всего отметим, что производимые сегодня фрикционные муфты отличаются высокой прочностью и хорошей стойкостью к истиранию. Сегодня при производстве фрикционных (сухих) сцеплений используются такие органические полимеры, как термореактивные пластмассы или эластомеры, которые могут выдерживать температуру до 350-400 C. Это действительно хороший результат, учитывая тот факт, что средняя температура, при которой работают накладки трение около 100 С.
Электромагнитная муфта: устройство, принципы работы, достоинства и недостатки
В случае электромагнитных муфт привод передается через действие магнитного поля на электромагниты. Как и фрикционные муфты, ими управляет водитель с помощью педали сцепления. Важно отметить, что на практике существуют две электромагнитные муфты, различающиеся режимом работы: муфты с зажимным диском и муфты порошковые.
Сцепление с гофрированными дисками
В этом типе автомобильного сцепления обмотка магнита размещена в маховике. Благодаря току, протекающему к электромагнитам, можно создать сильное магнитное поле, которое заставляет нажимной диск двигаться к диску сцепления. Когда педаль сцепления нажата, питание отключается, что приводит к исчезновению магнитного поля и, следовательно, к отключению нажимного диска.
Однако на практике как зажимные дисковые муфты, так и порошковые муфты в основном используются для привода вспомогательного оборудования, например вентилятора радиатора или компрессора кондиционера.
Порошковое сцепление
Муфты порошковые электромагнитные бывают дискового или барабанного типа. И хотя в этих типах автомобильных сцеплений используются разные конструктивные решения, принцип их действия относительно схож.
Для обоих типов муфт характерно, прежде всего, наличие полужидкой ферритной пасты или порошка, которые помещаются между ведомым и ведущим элементами. Концентрация этих веществ, возникающая в результате действия магнитного поля, позволяет соединять вышеупомянутые элементы автомобильной системы сцепления. Сила магнитного поля определяет степень затвердевания пасты или порошка.
Основным недостатком порошковых муфт является относительно быстрый износ контактных колец и щеток, возникающий в результате вращения электромагнитов. Это вызывает необходимость в их обслуживании, которое относительно дорого. С другой стороны, в случае муфт этого типа не происходит износа соединяемых элементов, поэтому общая сумма считается очень прочной. Порошковые муфты также малы по сравнению с их возможными размерами, что считается одним из самых больших преимуществ.
Гидротрансформатор
Муфты гидротрансформатора передают мощность, циркулируя в жидкости замкнутого контура (масло, вода или эмульсия). Последний, заставленный движением вращающихся роторов, оказывает давление на сцепление, позволяя ему работать.
Конструкция автомобильного сцепления такого типа не сложна — имеется всего несколько конструктивных элементов. На коленчатом валу двигателя имеется крыльчатка (называемая насосом) для перемещения жидкости, к которой прикреплены прямые, радиально выступающие лопасти. Очень похожий ротор (называемый турбиной) помещен на вал сцепления коробки передач. Его лопатки, как нетрудно догадаться, предназначены для приема передаваемой энергии. Важно отметить, что эти роторы расположены прямо напротив друг друга, а 70-80% площади между их лопастями заполнено жидкостью.
Как работает гидротрансформатор?
В случае преобразователя крутящего момента кинетическая энергия, необходимая для передачи крутящего момента, создается за счет завихрения жидкости, которая становится возможной благодаря вращению коленчатого вала и работающего насоса. Когда привод включен, центробежные силы действуют на частицы жидкости между лопастями насоса, позволяя им перемещаться (центробежно) по траектории, определяемой внутренней формой рабочего колеса. Покинув межлопаточное пространство насоса, частицы жидкости достигают лопаток турбины, на которые они оказывают давление, вызывающее вращение турбины. В результате этого механизма кинетическая энергия преобразуется обратно в механическую работу. Тот факт, что в турбину поступает все больше и больше новых порций жидкости, которая заставляет жидкость в ней двигаться центростремительно и после прохождения пути вдоль лопаток турбины снова достигает насоса.
Специфика работы гидротрансформатора совершенно иная, чем у других типов автомобильных сцеплений. Это, в свою очередь, приводит к тому, что он имеет совершенно другой набор достоинств и недостатков.
Преимущества и недостатки гидротрансформатора
Поскольку гидротрансформатор работает с постоянным проскальзыванием, его эффективность обязательно ниже, чем, например, фрикционной муфты. Это также означает, что автомобиль, оснащенный автомобильным сцеплением, потребляет немного больше топлива, чем автомобиль, оборудованный фрикционным сцеплением. К тому же гидротрансформатор имеет довольно большие габариты и при этом требует относительно длительного времени на включение / выключение. Определенным недостатком здесь также является необходимость использования дополнительного охлаждения, которое необходимо из-за превращения механической энергии в тепловую.
Тем не менее гидротрансформатор также имеет много преимуществ. К ним в основном относятся:
- плавная передача крутящего момента, создаваемого приводным агрегатом;
- длительный срок службы за счет отсутствия элементов, подверженных износу из-за трения;
- хорошее гашение рывков, ударов и крутильных колебаний в приводной системе;
- возможность двигаться автомобилем на любой небольшой скорости, не опасаясь, что двигатель заглохнет;
- мягкий старт;
- тихая работа.
На практике обсуждаемый тип автомобильного сцепления хорошо работает с автоматическими коробками передач, что возможно в основном благодаря свойствам жидкости, которую он использует в своей работе. Муфты этого типа также часто используются в большегрузных транспортных средствах (в их случае использование фрикционных муфт из-за быстрого износа фрикционных накладок малоэффективно), а также во внедорожниках. В последнем случае главным образом потому, что система привода хорошо защищена от внезапных перегрузок и передачи вибрации, что легко обнаружить при движении по более сложной местности.
Каждый тип автомобильного сцепления имеет определенные свойства, режим работы и уникальный набор преимуществ и недостатков. Какой из них лучше всего подходит для данного транспортного средства, зависит от множества различных факторов, но в этом контексте ключевое значение имеют назначение транспортного средства и тип используемой в нем коробки передач.
