Сцепление: устройство, принцип работы

Все транспортные средства, в большей или меньшей степени, построены с учетом классической схемы и принципов взаимодействия основных узлов и агрегатов. Исключение могут составлять разве что набирающие популярность и стремительно развивающиеся электромобили, однако вряд ли в обозримом будущем мы с вами будем иметь счастье прикоснуться к полноценному электротрактору или, скажем, электрокомбайну, хотя бы близко соответствующим современным дизельным по тяговым характеристикам и автономности работы, определяемой реальным запасом хода. Одним из элементов классической схемы является такой важный узел, как сцепление.

Предназначение и основной принцип

В схему автомобиля, ныне считающуюся классической, все основные элементы, в том числе и сцепление, ввел Карл Бенц, запатентовавший свои разработки в 80-е годы 19 века. И хотя конструкция данного узла прошла большой путь эволюционного развития, суть его осталась прежней — сообщение крутящего момента от коленвала двигателя первичному валу коробки передач за счет силы трения соприкасающихся плоскостей с возможностью выключения.

Сцепление крайне важно для плавного начала движения после включения первой передачи, для переключения передач во время движения и при торможении, чтобы двигатель не глох при нажатии на тормоз. Выключая сцепление нажатием на соответствующую педаль, мы временно разрываем прочную связь коробки передач с постоянно вращающимся коленвалом и можем спокойно переключиться на высшую либо низшую передачу, притормозить, включить нейтраль и остановиться, не выключая двигатель. После отпускания педали сцепление снова включается. Повторяя процедуру с педалью, включаем первую передачу и вновь плавно ее отпускаем — сцепление включается, транспортное средство начинает движение, поскольку трансмиссия получает от двигателя необходимый крутящий момент. Отметим, что без сцепления все вышеперечисленное не представляется возможным.

 

Сегодня на различных устройствах, использующих в качестве силового агрегата двигатель внутреннего сгорания — от бензопилы до гоночного болида — используются различные типы и конструкции сцепления. При этом все они относятся к фрикционному типу, т.е. активно используют силу трения. Основным видом считается дисковое сцепление, которое разделяют, в зависимости от назначения техники, передаваемого усилия и оборотов двигателя на одно- и многодисковые, на сухие и мокрые (в масляной ванне). Тракторы всех видов — не исключение: вся отечественная тракторная техника использует сухую 1-дисковую муфту сцепления (К-701, ХТЗ Т-150(К), Т-17021 и др, МТЗ — все машины мощностью до 90 кВт/122 л.с.) или сухую 2-дисковую (например, тракторы МТЗ мощностью 90 кВт и выше). Поэтому рассмотрим эти два вида сцепления подробнее.

Наибольшее распространение получило сухое однодисковое сцепление, которое по структуре немного напоминает трехслойный пирог. Посмотрим, как оно работает.

Сухое однодисковое сцепление

На маховике коленвала неподвижно закреплен фрикционный диск, называемый ведущим, параллельно плоскости которого располагается ведомый диск, на обе стороны которого наклеены (или приклепаны) круговые фрикционные накладки из специального материала, называемого «феродó», а своей ступицей он на шлицах свободно насажен на первичный вал коробки передач, по которому может перемещаться.

Сверху этого «пирога» мы видим еще один фрикционный диск, который при помощи равномерно расположенных цилиндрических пружин плотно прижимает ведомый диск к ведущему — сцепление включено и любое вращение маховика двигателя посредством силы трения, возникающей между сжатыми дисками, передается на коробку и далее на колеса, на вал отбора мощности (у тракторов). Вся конструкция находится в стальном кожухе, называемом корзиной сцепления, стационарно привинченном болтами к маховику.

Теперь, чтобы выключить сцепление и остановить вращение первичного вала коробки для включения передачи, необходимо выжать педаль сцепления. Приводится в действие система рычагов и тросов, гидравлическая система передачи усилия, реже — электрический привод, осуществляя посредством нажимной муфты с выжимным подшипником нажим на расположенные по кругу рычаги (их внутреннюю часть), которые своей наружной частью (по принципу архимедова рычага с точкой опоры и плечами разной длины) отодвигают нажимной диск от ведомого. Происходит разрыв системы, проскальзывание дисков, вследствие которого крутящий момент от коленвала не передается, первичный вал коробки останавливается (для этого иногда используются специальные тормозки), можно безболезненно переключить передачу или притормозить.

Последующее отпускание педали сцепления через упомянутую систему передачи усилия ослабляет давление на нажимную муфту, нажимные пружины освобождаются и прижимают диски друг к другу. Вращение снова передается от двигателя на трансмиссию. Важным условием является плавное отпускание педали сцепления и, как следствие, плавное прижимание ведомого диска для постепенного возрастания оборотов на первичном валу КПП.

Вот, вкратце, о работе однодискового сухого постоянно включенного сцепления. Стоит отметить, что пружины в корзине сцепления в большинстве случаев прижились двух типов:

  • обычные цилиндрические, расположенные по кругу вместе с рычагами;
  • диафрагменная нажимная пружина, получившая широкое распространение в легковых автомобилях.

Диафрагменная пружина (лепестковое сцепление) — это в большинстве случаев стальной диск с двумя десятками отштампованных в выгнутой форме усеченного конуса лепестков, сходящихся своими вершинами к центру.

Такая пружина одна заменяет предыдущую конструкцию из цилиндрических пружин и «архимедовых» рычагов: муфта с выжимным подшипником нажимают по центру на внутреннюю кромку (вершины лепестков), пружина сферически выгибается, наружной кромкой отводя нажимной диск и разобщая ведущий и ведомый диски, выключая сцепление. При отпускании педали сцепления нажимная муфта с выжимным подшипником отводятся в исходное положение, отпуская пружину, которая возвращается к своей обычной форме и прижимает нажимной диск к ведомому, а тот — к ведущему.

Двухдисковое сухое сцепление

Двухдисковое сцепление работает по аналогичному принципу фрикционного взаимодействия дисков. Его применяют на тяжелой технике и спортивных авто, где для устойчивой передачи увеличенного крутящего момента требуется значительно бóльшая площадь соприкасающихся поверхностей.

Работа двухдискового сцепления схематически выглядит следующим образом. В корзине сцепления на шлицах первичного вала коробки передач подвижно расположены уже два ведомых диска с двусторонними фрикционными поверхностями. Между ними находится промежуточный ведущий диск, который подвижно насажен на шпильки, выходящие из маховика. На эти же шпильки надеты отжимные цилиндрические пружины, служащие для отведения промежуточного ведущего диска от ведомых при выключении сцепления, и наоборот — для равномерного прижатия ко второму ведомому диску при включении. Всю «слоеную» конструкцию, как и прежде, под гнетом цилиндрических пружин (либо одной диафрагменной) к фрикционной поверхности маховика прижимает прижимной диск, также насаженный и перемещающийся по упомянутым шпилькам. Механизм выключения сцепления аналогичен однодисковому.

 

Многодисковое мокрое сцепление

Если углубиться в конструкцию многодискового сцепления, то мы придем к мотоциклетному сцеплению, знакомому многим по советским мотоциклам ИЖ, «Минск», «Восход», чехословацкой «Jawa» и венгерской «Pannonia», потому что именно здесь оно актуально более всего. Кроме многодисковой схемы, это также «мокрое» сцепление, поскольку находится в общем картере двигателя вместе с коробкой передач. Компактность мотора вынуждает к компактной компоновке, совмещающей несколько узлов на одном валу. В данном случае — барабан сцепления совмещен с моторной передачей и сверху накрыт системой зажигания. Во время работы детали сцепления смазываются моторным маслом, которое, обладая специфическими свойствами, не только не уменьшает плотность фрикционного взаимодействия дисков, но и усиливает ее, буквально склеивая соприкасающиеся поверхности с пробковыми или пластмассовыми фрикционными накладками (феродо в масле работать не будет, только насухую).

Поскольку мотоциклетное сцепление нас интересует лишь в качестве иллюстрации к работе многодискового сцепления в масляной ванне, рассмотрим его кратко и схематически. Состоит оно из двух барабанов:

  1. Наружного (ведущего), который свободно расположен на первичном валу КПП и в задней части имеет ведомую звездочку моторной цепной передачи;
  2. Внутреннего (ведомого), насаженного на первичный вал коробки на шлицах.

Внутри барабанов помещен пакет из чередующихся ведущих и ведомых дисков: первые своими наружными выступами входят в пазы наружного барабана и таким образом привязаны к нему — это ведущие диски, на них приклеены фрикционные накладки; вторые внутренними зубцами взаимодействуют с внутренним барабаном — естественно, они и являются ведомыми в данной конструкции, с чистой, без накладок, поверхностью. Накрывает пакет нажимной диск, взаимодействующий посредством цилиндрических пружин с ведомым барабаном.

Выключается многодисковое мотоциклетное сцепление просто: первичный вал коробки является полым, в нем находится толкающий шток с червячным (иногда — рычажным) механизмом, на который воздействует трос в гибкой пружинной оболочке, идущий от рычага на левой рукоятке руля. При нажатии на рычаг сцепления червячный механизм проворачивается, двигая шток и упирая его стальным шариком на конце, играющим роль выжимного подшипника, в грибок, который оттягивает нажимной диск. После этого ведомые и ведущие диски расходятся, разрывая фрикционное соединение и прекращая передачу крутящего момента на трансмиссию.

Что касается применения многодискового «мокрого» сцепления, то его присутствие в трансмиссии автомобилей прекратилось еще в первое десятилетие 20-го века, т.е. еще на заре автомобилестроения. С другой стороны, действующий принцип успешно реализован во фрикционах современной коробки-автомата.

Другие виды сцепления

Коническое

Примерно тогда же, когда вышло из широкого употребления в автопромышленности мокрое многодисковое сцепление, мир отказался и от еще более старого устройства — конического сцепления, представляющего из себя фрикционную пару, состоящую из чашки маховика и входящего в нее массивного ведомого диска (конуса) с наклеенной по кругу фрикционной лентой.

Сопрягающиеся поверхности сточены под конус, что позволяло передавать намного больший, по сравнению с однодисковым сцеплением, крутящий момент.

Конструкция проста и надежна, и все бы хорошо, однако от нее отказались, а причина — в массивности ведомого диска, обладающего большой инерционностью подобно маховику, его каждый раз при выключении сцепления приходилось дополнительно притормаживать, что делало конструкцию сцепления еще более громоздкой.

Сегодня подобную конструкцию мы можем встретить, например, в синхронизаторах коробки передач.

Клиноременное

Клиноременная передача на мотоблоках и мотокультиваторах предполагает еще один, очень простой, вариант сцепления — при помощи натяжного ролика (шкива). Работает это так: на коленвал мотора надет ведущий шкив (одно- или несколько ручейный, не важно), крутящий момент от которого посредством приводного клинового ремня (ремней) передается на ведомый шкив на первичном валу ходового редуктора.

Однако, в обычном состоянии натяжения ремня для этого недостаточно и он просто проскальзывает на шкивах. Чтобы сцепление включилось и началась передача крутящего момента, необходимо натянуть ремень, что и делает специальный натяжной шкив малого диаметра, управляемый при помощи троса или тяги.

Центробежное

Центробежное сцепление можно увидеть, как правило, на бензопилах. Оно, как и предыдущее, относится к постоянно выключенному типу и включается после набора коленвалом двигателя определенного числа оборотов.

Его также можно считать барабанным сцеплением, поскольку ведущий диск находится в ведомом барабане. Как только двигатель набирает нужные обороты, подвижные части диска сцепления под действием центробежной силы преодолевают усилие удерживающих их пружин и расходятся в стороны, упираясь своими наружными фрикционными поверхностями во внутреннюю поверхность барабана, передавая тому крутящий момент.

Чем больше газ, тем сильнее действие центробежных сил и прочнее сцепление. И наоборот: если, скажем, цепь бензопилы клинит в древесине, по обратной связи снижаются обороты двигателя и, соответственно, центробежная сила на ведущем диске. Сцепление моментально выключается, что предохраняет двигатель от поломок, а работника — от возможных травм.

Заключение

Из всего написанного вы, несомненно, смогли составить представление об основных типах сцепления, которые так или иначе присутствуют в современных конструкциях колесных и гусеничных транспортных средств, его базовом устройстве и работе.

Существуют и более редкие, наподобие керамических на гоночных автомобилях, и разного рода экзотика вроде электромагнитного порошкового, включаемого при помощи электромагнита, который уплотняет прослойку между дисками из ферромагнитного порошка до обретения им фрикционных свойств.

Тем не менее, рассмотрение всех известных видов сцепления не входит в задачи данной статьи, размещенной на тематическом ресурсе, поэтому, если у вас возник интерес поглубже разобраться в вопросе, придется немного погуглить, а с имеющимися знаниями будет проще воспринять новую информацию.

Оцените статью
Добавить комментарий