Как работает сцепление автомобиля с МКПП

Классификация

Классифицируют устройство сцепление по нескольким признакам.

1. по связи ведущих и ведомых узлов таких как: гидравлические, фрикционные и электромагнитные;
2. по состоянию поверхности трения — сухое и мокрое. В первом случае используют сухое трение дисков. Во втором – процесс происходит в жидкости;
3. нажимное усилие может быть следующих вариантов: центробежные, полу-центробежные, с центральной пружиной, с периферийными пружинами;
4. по количеству ведомых валов встречаются одно-, двух- и многодисковые системы;
5. тип привода – с механическим или гидравлическим приводом.

Все перечисленные варианты (кроме центробежных) – замкнутые, то есть они постоянно выключены или включены водителем для переключения скоростей, во время остановки и торможения автомобиля.

Вот так, пока в общих чертах, для чего нужно сцепление в автомобиле.

В следующих статьях мы более подробно поговорим о наиболее распространенных вариантах конструкций: двойное сцепление, саморегулирующее сцепление. электронное сцепление.

До новых встреч, друзья, и не забудьте поделиться приобретенными знаниями с друзьями в соц.сетях.

Предназначение

Какие функции выполняет сцепление автомобиля? Прежде всего, данный узел необходим для плавного трогания автомобиля с места, о чем мы сказали в начале статьи. Если мотор с коробкой соединены жестко, то после включения передачи машина резко дергается вперед, так как на коробку передается сразу вся мощность от двигателя. Неправильное использование сцепления вызывает механическое повреждение деталей, а также приводит к частой остановке двигателя при трогании с места.

Благодаря работе сцепления, а именно скольжению ведущего и ведомого дисков, крутящий момент увеличивается постепенно. Движущие усилия возрастают не сразу, а потому машина трогается очень плавно и мягко.

Также коробка сцепления необходима для легкого переключения передач во время движения транспортного средства. Когда автомобиль едет с определенной скоростью, которая стабильно растет или уменьшается, возникает необходимость в переходе на повышенную или пониженную передачу, чему способствует своевременное разъединение валов узла между трансмиссией и двигателем. В противном случае для переключения передачи требовались бы более высокие усилия, что в дальнейшем спровоцировало бы быстрый износ КПП и других его механизмов. В частности, при принудительном переводе скорости повышается нагрузка на зубья шестерен. Таким образом, сцепление также выполняет функцию уменьшения нагрузки, которая действует на поверхность деталей КПП, что облегчает переход с одной передачи на другую. При этом коробка передач (фото данного механизма представлено ниже) терпит минимальные нагрузки от двигателя. А это значительно повышает срок службы деталей КПП, цена которых порой слишком велика.

Кроме того, работа сцепления направлена на уменьшение уровня нагрузок, действующих на КПП во время экстренного торможения автомобиля. Когда машина резко снижает скорость, момент вращения ее колес значительно уменьшается. Но поскольку трансмиссия в это время соединена с мотором, она обладает инерцией вращения и сохраняет прежнюю частоту оборотов. Это может привести к значительному повреждению ее деталей. Сама защита от перегрузок осуществляется проскальзыванием ведомых и ведущих дисков. В таком случае момент вращения стабилизируется максимально.

Устройство

Конструкция МКПП мало изменилась с тех пор, как были сделаны и запатентованы основные ее элементы. Механическая коробка переключения передач состоит из следующих деталей и узлов:

• картер;
• входной, выходной и промежуточный валы;
• синхронизаторы;
• ведущих и ведомых шестерней;
• механизма переключения передач.

Собранные в едином корпусе детали взаимодействуют между собой, обеспечивая передачу крутящего момента. Устройство механической коробки передач зависит от особенностей конструкции и количества валов — по данному признаку они делятся на двух- и трех вальные. Последняя компоновка называется соосной и в технической литературе ее принято называть классической.

Валы и блоки шестерней

В такой конструкции ведущий и ведомый валы размещены картере коробки один за другим. В хвостовике первичного вала установлен подшипник, на который опирается конец вторичного. Отсутствие жесткой связи позволяет им вращаться независимо друг от друга с разной частотой и в разном направлении. Ниже под ними располагается промежуточный вал, передача усилия происходит через блоки шестерней установленных на указанные детали.

С целью снижения шумности редуктора, шестерни в нем делаются косозубые

При изготовлении данных деталей используется жесткая система допусков, и большое внимание уделяется качеству обработки сопрягаемых поверхностей

На ведущем валу классической механической коробки жестко закреплено несколько шестерней разного диаметра и соответственно с разным количеством зубьев. В отдельных случаях узел делается цельным, что обеспечивает ему максимальную прочность.

Шестерни на вторичном валу могут устанавливаться двумя способами:

• подвижно на шлицах;
• фиксировано на ступицах.

Соединение с ведущим валом в первом варианте происходит за счет продольного перемещения ведомой шестерни по шлицам до вхождения в зацепление в ведущей. Такая схема отличается простотой и надежностью и получила достаточно широкое распространение.

В другой конструкции продольное перемещение деталей исключается и соединение происходит при помощи скользящей муфты.

Угловые скорости ведущего вала и ведомого уравниваются при помощи специального устройства, который называется синхронизатором. В коробках передач спортивных автомобилей или машин специального назначения вместо данных узлов могут использоваться кулачковые муфты.

Механизмы управления

За всю историю развития автотранспорта было разработано множество оригинальных конструкций. Наибольшее распространение получила компоновка, используемая в современных агрегатах.

Управление механической коробкой передач осуществляется специальной конструкцией, состоящей из следующих элементов:

• рычага;
• приводов;
• ползунов;
• вилки;
• замка;
• муфты переключения передач.

Изменения режимов работы агрегата производится водителем путем перемещения рычага из одного положения в другое. Через приводы задействуются ползуны. Защитой от одновременного включения является специальный блокирующий механизм – замок. В трехходовых коробках он делает невозможным перемещение двух ползунов при движении третьего.

Этот узел приводит в действие вилку переключения передач, которая вызывает смещение муфты. Данная деталь представляет собой толстостенное кольцо со шлицами на внутренней поверхности. Они находятся в постоянном зацеплении с зубчатым венцом ведомого вала, по которому муфта перемещается вдоль него. Аналогичные шлицы имеются и на боковой поверхности ведомой шестерни.

При переключении передач рычаг вначале переводится в нейтраль, из которой производится выбор нужного режима. За это время синхронизатор выравнивает угловые скорости, и шестерня блокируется муфтой. Крутящий момент с первичного вала передается на вторичный и далее через главный редуктор на ведущие колеса.

Синхронизатор обеспечивает безударное переключение, при этом время его срабатывания не превышает нескольких сотых долей секунды.

Видео — устройство сцепления и МКПП, наглядный рассказ от компании Тойота:

Мягкость работы механической коробки передачво многом зависит от общего состояния деталей и, в особенности, данного узла.

Синхронизатор представляет собой бронзовое кольцо с зубчатым венцом на внутренней стороне. При движении муфты она сначала прижимает деталь к конусной поверхности на боковине ведомой шестерни, возникшей при этом силы трения достаточно для выравнивания частоты вращения валов. После синхронизации происходит блокировка зубчатого колеса муфтой переключения.

Виды сцепления

Общее назначение и принцип работы у этого узла
трансмиссии один, но сам механизм сцепления по исполнению и материалам бывает
разным. Например, виды сцеплений классифицируются по способу управления. В
большинстве автомобилей используется гидравлический тип. Для этого предусмотрен
главный цилиндр, работающий с бачком тормозной жидкости. От него давление
получает рабочий цилиндр, воздействующий на выжимной подшипник. Когда водитель
нажимает педаль, гидропривод давит через вилку на муфту и разъединяет диски.
Наличие гидравлического цилиндра значительно облегчает нажатие педали водителю.

Гидроцилиндр сцепления
Рабочий
гидроцилиндр сцепления

Другая разновидность — тросовое сцепление или
механическое. Здесь передача усилия от нажатия происходит через трос. Обычно
такой тип применяется на мотоциклах, мотоблоках, старых марках автомобилей.
Управление выносится в мототехнике на руль, а в авто на педаль. При нажатии
приходится прикладывать значительные усилия. Встречается и комбинированный
вариант, в котором совмещены механика и гидравлика.

Еще существует электромагнитное сцепление,
которое включается и выключается под действием электромагнитного поля.
Встречается в автомобилях с вариаторами. Кроме различия в приводе, виды
сцепления делятся по условиям работы и составным частям. Рассмотрим это
детальнее.

Сухой и мокрый типы

Сухой тип — это вращение рабочего диска внутри
корзины, при котором охлаждение происходит за счет потока воздуха. Этот вид
применяется в большинстве современных двигателей на автомобилях и мотоциклах.
По мере изнашивания накладок мусор от них вылетает и оседает на внутренней
поверхности кожуха КПП.

Мокрый тип — применяется на некоторых
двигателях мототехники. Это двухтактные и четырехтактные силовые установки,
имеющие общий картер с коробкой. За счет такой конструкции диски между ними
оказываются частично погруженными в масло. Техническая жидкость обеспечивает
охлаждение поверхности и смывает с нее мусор. Но частицы фрикционного материала
находятся во взвешенном состоянии и “гуляют” по двигателю, что хуже
сказывается на его работе. Масло требуется чаще менять и следить за
уровнем.

Мокрый тип сцепления
Мокрый
тип сцепления

Двух и многодисковые сцепления

Обычно в автомобилях используется однодисковая
конструкция, принцип работы которой мы рассмотрели выше. Но в некоторых
агрегатах применяется сразу несколько дисков. Это встречается в:

• грузовых автомобилях;
• мотоциклах “Днепр”,
  “Урал”;
• тракторах;
• бронетехнике.

Наличие нескольких прослоек фрикционных
элементов повышает передачу крутящего момента от двигателя, что обеспечивает
уверенное движение многотонной техники или гарантированное отсутствие
пробуксовки в трансмиссии. Это достигается за счет использования фрикционной
поверхности на маховике и промежуточных ведущих дисков, расположенных между
несколькими ведомыми. Благодаря такому устройству значительно увеличивается
площадь соприкосновения и передачи усилия, что улучшает работу узла.

Многодисковое сцепление
Многодисковый
вариант сцепления

В некоторых легковых автомобилях двух- или
многодисковое сцепление используется для более плавного хода. Так, когда один
фрикцион задействован в переключении первой передачи, второй “ждет
наготове”, чтобы включить следующую передачу. Работа двигателя и коробки
происходит более слаженно и плавно.

Основные неисправности сцепления

Сцепление «ведет» (выключается не полностью) из-за большого свободного хода педали сцепления, перекоса нажимного подшипника, коробления ведомого диска или поломки пружин. Для устранения неисправности следует отрегулировать свободный ход педали, удалить воздух из гидропривода, заменить неработоспособные диски и пружины.

Сцепление «пробуксовывает» (включается не полностью) из-за малого свободного хода педали, замасливания или износа фрикционных накладок ведомого диска, поломки пружин. Для устранения неисправности необходимо отрегулировать свободный ход педали, промыть или поменять диски, пружины.

Сцепление включается резко вследствие заеданий в механизме привода, задирах на рабочих поверхностях дисков, маховика и разрушения фрикционных накладок ведомого диска. Для устранения неисправности следует заменить неисправные узлы привода, устранить задиры на поверхностях дисков, заменить ведомый диск.

Подтекание тормозной жидкости в приводе выключения сцепления возможно из главного или рабочего цилиндров, а также в соединительных трубках.
Для устранения неисправности следует визуально определить место утечки и заменить неисправные узлы, с последующей прокачкой всего гидропривода (удалить из него воздух).

Начало движения

Чтобы начать двигаться на автомобиле с механической коробкой, необходимы определенные навыки. Это не «автомат», где перевел селектор в положение «D», нажал на акселератор и поехал. Ничего страшного, если вы с первого раза не сможете тронуться, заглохните – все приходит с опытом. Чтобы этого не произошло, выработайте для себя алгоритм. Я расскажу вам свой, он простой, но эффективный, моя жена с его начинала и со второго раза смогла поехать без дерганий.

Выжимаем сцепление левой ногой, включаем первую передачу. Автомобиль «стоит» на ручном тормозе.
Правую ногу переводим на педаль тормоза, снимаем машину с ручника. Это нужно для защиты от самопроизвольного скатывания авто
Почему я на этом акцентирую внимание? – Было немало случаев, когда начинающие водители забывали о ручнике и ехали с ним, с трудом, но передвигались.
Держим правую ногу на тормозе, отпускаем плавно сцепление. Доводим левую ногу до половины хода педали
Вы почувствуете незначительное снижение оборотов двигателя, легкое подергивание кузова – вы словили момент «схватывания» сцепления.
В это время плавно отпускаем тормоз, убеждаемся, что машина стоит на месте

Это важно. Если резко отпустить тормоз, то машина может покатиться назад, если не дошли до момента «схватывания»

Или дернутся вперед, если «перешагнули» его. Плавным отпусканием педали тормоза, вы контролируете поведение автомобиля. Если он стоит на месте – её можно полностью отпускать.

Момент схватывания сцепления – это такое положение дисков механизма, при котором они еще недостаточно плотно прижатые друг к другу, чтобы передавать крутящий момент от мотора к ведущим колесам и уже не достаточно далеко, чтобы полностью была разорвана связь между КПП и двигателем. За счет небольшого зазора не обеспечивается достаточная сила трения между дисками, они проворачиваются между собой. Автомобиль не скатывается, его держит трансмиссия и силовой агрегат.

Навык поймать этот момент особенно полезен при начале движения в горку на механике. Чтобы его освоить, нужно долго тренироваться. Вам будет нестрашен старт в гору на светофорах, когда сзади подпирает другая машина.

Помните, долго держать автомобиль на одном сцеплении опасно его повышенным износом. Диски быстро нагреваются, ускоряется их износ. Поэтому, переходим к последнему этапу.

Механическая коробка для начинающих

Эксплуатация механической коробки является сложной задачей для «чайников», как часто называют начинающих водителей. Необходимо контролировать обороты двигателя, переключать скорости, при этом не терять концентрации и следить за дорогой.

Для управления механической коробкой необходимо:

• запомнить алгоритм переключения передач;
• контролировать значения скорости и оборотов визуальным методом (по приборам);
• нажатие и отпускание педали сцепления выполняется плавно и до упора.

Если у водителя нет уверенности в своих силах, то рекомендуется потренироваться в управлении на свободной площадке. Постепенно человек начинает распознавать моменты переключения передач на слух. После этого для него не возникает трудностей при эксплуатации механической трансмиссии.

Скоростные диапазоны движения и схема переключения скоростей

Для автомобилей с двигателями объемом 1,2-2,0 л производители рекомендуют выдерживать скорости на передачах:

• первая — трогание с места и движение до скорости 20-30 км/час;
• вторая — разгон до 30-40 км/час;
• третья — движение со скоростью до 40-60 км/час;
• четвертая — 60-80 км/час;
• пятая — быстрее 80 км/час.

Значения указаны для движения по дороге с твердым покрытием. При эксплуатации автомобиля по бездорожью или скользкой трассе значения скоростей будут иными. Кроме того, для интенсивного разгона скорость на передаче может превышаться.

Пример графика скоростных диапазонов механической трансмиссии

Двигатели современных автомобилей не позволяют раскрутить коленчатый вал свыше допустимых оборотов, поскольку оборудованы электронным ограничителем.

Рекомендации со скоростными режимами движения на каждой передаче приведены в инструкции по эксплуатации автомобиля. В период обкатки возможно снижение показателей, необходимое для приработки деталей.

Подробный алгоритм переключения скоростей выглядит следующим образом:

1. Быстрым и плавным движением левой ноги выжать педаль сцепления до упора. Педаль газа при этом отпущена.
2. В момент достижения педалью сцепления низшей точки перевести рычаг выбора передачи в желаемую точку.
3. Плавно отпустить педаль сцепления, одновременно немного прибавляя обороты правой ногой. Этот пункт позволяет компенсировать снижение скорости транспортного средства за время переключения.
4. Добавить газ для достижения желаемой скорости.

Основные ошибки новичков — чего следует избегать

Неточности, которые допускают начинающие водители при работе с механической коробкой:

1. Сложности с троганием. Малоопытный водитель не может определить момент начала функционирования сцепления и работает им слишком быстро или медленно. Из-за этого мотор либо глохнет, либо подгорают фрикционные накладки сцепления.
2. Отсутствие слухового определения числа оборотов. Новичок продолжает ехать на повышенной частоте вращения, вместо того чтобы перейти на другую передачу. Или наоборот, не чувствует снижения оборотов мотора, продолжая попытки разгона на повышенной скорости. В обоих случаях двигатель подвергается сильным нагрузкам, снижающим ресурс. Кроме того, повышается расход топлива.
3. Попытки тронуться с места на повышенной передаче. Теоретически, опытный водитель может поехать с места со 2-й или 3-й передачи.
4. Удержание левой ноги на педали сцепления. Из-за этого устает ступня, постоянно находящаяся в напряжении. Немного поджатая педаль частично отключает сцепление, увеличивая его пробуксовку и износ.
5. При переключении левая рука неопытного водителя смещает руль в сторону, отклоняя авто от движения по выбранной траектории.

Как переключаться и слушать двигатель?

В процессе движения автовладельцу необходимо распознавать число оборотов двигателя на слух. Помощником малоопытным водителям является тахометр. При эксплуатации бензинового двигателя рекомендованный диапазон оборотов лежит в пределах 2-3 тыс. об/мин, для дизеля — 1,5-2,5 тыс. об/мин.

Основные неисправности сцепления

Неправильная эксплуатация, в особенности слишком длительное нажатие на педаль сцепления, могут стать причиной выхода этого агрегата из строя. К наиболее распространенным проблемам с ним относятся следующие:

• деформация и износ фрикционных накладок диска сцепления;
• повреждение самого диска;
• попадание масла на накладки диска сцепления, из-за чего они утрачивают свои фрикционные свойства и быстрее изнашиваются;
• износ крепежных шлицев, с помощью которых диск сцепления фиксируется на валу;
• поломка или исчерпание ресурса пружин-демпферов;
• ослабление либо выход из строя диафрагменной пружины;
• поломка либо износ выжимного подшипника;
• повреждение поверхности маховика;
• деформация нажимного диска;
• выход из строя вилки выключения сцепления.

Также различные поломки могут произойти в механизме привода сцепления. Их характер зависит в первую очередь от типа привода. 

Старт и движение в горку

Опять жизненная ситуация: остановились в горку перед светофором, сзади вас подпер другой автомобиль. Такая ситуация даже у опытных водителей вызывает переживание.

Чтобы не беспокоиться, что ваша машина покатиться назад, пользуемся такой последовательностью:

1. Включена нейтральная передача, левая нога отдыхает, правая на тормозе.
2. Загорается желтый свет. Выжимаем сцепление, нога по-прежнему на тормозе, включаем первую передачу. Некоторые прибегают к помощи ручника, но им, по мне, пользоваться в такой ситуации неудобно.
3. Плавно отпускаем сцепление, ждем момента его «схватывания».
4. Почувствовали легкую дрожь по кузову, обороты слегка подсели, пробуем плавно отпускать тормоз.
5. В этот момент контролируем автомобиль. Если он начал скатываться назад, значит, вы недостаточно отпустили сцепление. Прижимаем тормоз, чуть-чуть больше ослабляем педаль сцепления и пробуем вновь отпускать правую ногу с тормоза.
6. Убедились, что машина не покатилась назад, не стала глохнуть, стоит на месте. Переносим правую ногу на газ и плавно нажимаем на него.
7. Авто начало медленно двигаться, плавно отпускаем полностью сцепление. Вы тронулись в горку на механике, поздравляю.

С первого раза может не получится. Нужно тренироваться и вырабатывать навык. Выбираем открытый участок дороги, где нет машин, это может быть учебный полигон, гаражи. Становимся под горку и учимся работать с педалями, чувствовать авто и момент схватывания сцепления. Если получается удержать машину на уклоне с заведенным мотором без помощи тормоза, только трансмиссией – вы достигли мастерства.

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.

Как пользоваться сцеплением

Есть основные правила, которых нужно придерживаться при езде на механической коробке передач, чтобы не повредить сцепление:

• Педаль нужно выжимать полностью до упора, иначе коробка передач будет работать некорректно.
• Движение всегда нужно начинать с первой передачи. Но почти сразу рекомендуется переключаться на вторую.
• Сцепление не должно быть выжато долгое время, это увеличивает его износ.
• Систему сцепления необходимо регулярно проверять в автосервисе, ведь это важная часть нормального функционирования автомобиля.
• При попадании в ямы или застревании в снегу лучше взять машину на буксир. В попытках выбраться сильно жжётся сцепление, крутятся высокие обороты и нарушается работа и других деталей.

На подъёме

В вождении важно научиться трогаться на подъеме плавно, не откатываясь назад. Для этого есть два универсальных способа: с ручником и без:

1. Чтобы тронуться в горку с помощью ручника, нужно выжать сцепление и включить первую передачу. Затем нужно не сильно нажать на газ и довести обороты до отметки в 2500 оборотов.

Теперь нужно начать плавно поднимать ногу с педали газа и одновременно со сцепления. Машина будет издавать характерные вибрации, со временем придёт понимание, в каком темпе это нужно делать.

После этого можно отпускать ручник, и машина тронется с места. Очень важна плавность движений, при резких манипуляциях автомобиль сразу заглохнет.

1. Немного сложнее трогаться на подъеме без использования ручника. Порядок действий примерно такой же. Выжимаем сцепление и включаем первую передачу. Одновременно правой ногой держим тормоз. Теперь нужно аккуратно начать отпускать ногу со сцепления. Если звук двигателя стал сильнее, значит, сцепление сработало правильно.

Теперь можно начать отпускать педаль тормоза и перекидывать ногу на газ. Делать это нужно плавно, иначе двигатель заглохнет. Этот момент переброски требует опыта, поэтому повторить его придётся не один раз.

Подведем итоги

Как видно, сцепление представляет собой важный и ответственный узел, который позволяет не только эффективно взаимодействовать с КПП, но и значительно увеличить ресурс самой коробки, двигателя и других элементов, агрегатов и узлов. При этом правильная работа водителя со сцеплением позволяет свести к минимуму рывки, удары и повышенные нагрузки при езде на автомобиле, который оборудован механической коробкой переключения передач.

Также следует отметить, что именно благодаря сцеплению и возможности самостоятельно им управлять механическая коробка считается единственным агрегатом, который дает водителю полный контроль над автомобилем. Другими словами, водитель на МКПП сам дозирует тягу, выбирает и включает передачи, раскручивает двигатель до нужных оборотов, может использовать специальные приемы торможения двигателем и коробкой и т.д.

В результате формируются уникальные навыки, которыми попросту невозможно овладеть при эксплуатации машины с коробкой автомат, робот или вариатор. По этой причине опытные водители и инструкторы рекомендуют с самого начала обучаться вождению на «механике» даже при условии того, что сегодня имеется отдельная возможность получить права на АКПП.