Двухдисковое сцепление: устройство

Двухдисковое сцепление – это механизм трансмиссии, который передаёт крутящий момент от мотора к коробке переключения передач и включает в себя два ведомых диска. Поскольку двухдисковым сцеплением, при его достаточно небольших размерах, передаётся крутящий момент значительной величины, этот механизм используют на тяжёлых грузовых автомобилях, тракторах и больших автобусах. Двухдисковым было и сцепление тяжёлых советских мотоциклов с коляской («Урал» и «Днепр»). Двухдисковое сцепления сложнее однодискового по конструкции и имеет бо́льшую массу.

Основные сведения. Функции сцепления

Работа сцепления основывается на воздействии силы трения скольжения (муфты фрикционной). Вместе с передачей крутящего момента, она обеспечивает плавное переключение скоростей, гашение крутильных колебаний, кратковременное отсоединение трансмиссии от маховика двигателя. Сцеплением компенсируются вибрации и нагрузки от неравномерности работы мотора, снижается их негативное влияние на различные элементы двигателя и трансмиссии.

Сцепление кратковременно разобщает коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания с силовой передачей машины. Это нужно для плавного переключения шестерёнок в коробке передач и для торможения автомобиля, вплоть до его полной остановки. Также сцепление предоставляет возможность плавно, без рывка, тронуться с места.

Эквивалентом сцепления на тракторах и бронетехнике являются фрикционы.

Было изобретено много разнообразных типов сцепления, однако самыми массовыми стали механизмы, основанные на одном или нескольких фрикционных дисках, которые пружинами плотно сжаты друг с другом или с маховиком.

Фрикционный материал, из которого состоят накладки на диски сцепления, аналогичен используемому в тормозных колодках. Ранее для его производства использовался асбест, а в последнее годы применяется без асбестовый материал.

Муфту сцепления устанавливают между двигателем внутреннего сгорания и коробкой переключения передач, и это один из наиболее загруженных элементов трансмиссии.

Виды сцепления (классификация)

Принцип действия сцепления сухого типа основан на силе трения, которая возникает при взаимодействии сухих поверхностей: ведущего, ведомого и нажимного дисков. Эта сила создаёт жесткую связь двигателя с коробкой переключения передач.

Самым распространённым видом сцепления является сухое однодисковое. Оно используется на основной массе автомобилей с механической коробкой переключения передач. Сцепление мокрого типа создаёт работу трущихся поверхностей в масляной ванне и обеспечивает более плавное соприкосновения дисков; охлаждение за счёт циркуляции жидкости и передачу бо́льшего крутящего момента на трансмиссию. Сцепление мокрого типа применяется на современных роботизированных коробках переключения передач и является более дорогим и сложным в производстве, чем сцепление сухого типа.

В целом, классификация сцепления включает в себя следующие его типы:

• по способу управления — с механическим, гидравлическим, электрическим или комбинированным приводом (к примеру, гидромеханическим);
• по виду трения – сухое (когда фрикционные накладки работают в воздушной среде) и мокрое (работающее в масляной ванне);
• по режиму включения – постоянно либо не постоянно замкнутое;
• по количеству ведомых дисков – одно-, двух- или многодисковое;
• по типу и расположению нажимных пружин – несколько цилиндрических пружин размещены по периферии нажимного диска и с центральной диафрагменной пружиной.
• по числу потоков передач крутящего момента – одно- либо двухпоточные.

Принцип действия

Плавность включения / выключения скоростей обеспечивает проскальзывание постоянно вращающегося ведущего диска (который присоединён к коленвалу ДВС), относительно диска ведомого, который соединён через шлиц с коробкой переключения передач.

Мускульное усилие, прилагаемое водителем на педаль сцепления, передаётся на механизм механически (при помощи рычажного или тросового механизма), либо посредством гидравлического привода.

Педаль соединена с вилкой сцепления, перемещающей выжимной подшипник, который, надавливая на концы лепестков диафрагменной пружины, прекращает её давление на нажимной диск, а он, в свою очередь, освобождает ведомый. В этот время двигатель отсоединяется от трансмиссии.

Включив нужную передачу КПП, водитель отпускает педаль сцепления, и вилка от этого перестаёт воздействовать на выжимной подшипник, а тот – на пружину. Нажимной диск прижимает ведомый к маховику, и двигатель оказывается снова соединённым с трансмиссией.

Когда сцепление включено, крутящий момент передаётся от коленвала на маховик, после чего – на кожух сцепления и, через пластинчатые пружины, на ведущий (нажимной) диск. От маховика и ведущего нажимного диска, при помощи силы трения, крутящий момент передаётся на зажатый ими диск ведомый, чья ступица снабжена шлицевым соединением с ведущим валом коробки переключения передач.

Если при включении сцепления резко отпустить педаль, то ведомый диск также резко, и с силой, прижмётся к ведущему (к маховику), затормозив его до такой степени, что мотор остановится (заглохнет) – т.е., сцепление сработает как тормозной механизм. Вот почему педаль сцепления после начала начала зацепления дисков необходимо отпускать плавно и постепенно. Насколько плавно и постепенно – зависит от конструкции привода сцепления.

Устройство сцепления

Основными элементами муфты сцепления, в стандартном её варианте, применяемом на большинстве автомобилей с механической КПП, являются: диски ведущий и ведомый; корзина сцепления – диск нажимной; выжимной подшипник сцепления; муфта выключения сцепления; вилка сцепления; привод сцепления.

На ведомый диск сцепления с обеих сторон нанесены фрикционные накладки (приклёпаны либо приклеены). Его функцией является передача крутящего момента за счёт силы трения. Пружинный демпфер крутильных колебаний, который встроен непосредственно в корпус диска, смягчает процесс соединения с маховиком, гася вибрационные нагрузки и неравномерности работы мотора.

Центральная часть диска сцепления – ступица – снабжена шлицевым соединением и может перемещаться по первичному валу коробки переключения передач. Ступица соединена с диском подвижным образом, через демпферные пружины и фрикционные шайбы гасителя крутильных колебаний, которые и служат для выравнивания колебаний крутящего момента. Эти колебания неизбежно возникают от переменных нагрузок и инерции массы, при передаче крутящего момента от двигателя к ведущим колёсам и обратно.

Корзина сцепления – это единый узел, в который входят нажимной диск и диафрагменная пружина, воздействующие на диск ведомый. Ведомый диск сцепления располагается между корзиной и маховиком. Он соединён с первичным валом коробки передач посредством шлицев, по которым может перемещаться. Диафрагменная пружина в корзине сцепления бывает или нажимного, либо вытяжного принципа действия. Отличие заключается в том направлении, которое прилагается усилием от привода сцепления: к маховику, или от него.

Все детали сцепления закрываются кожухом корзины сцепления. Он приворачивается к маховику болтами; оси выжимных рычагов через проушины прикрепляются к кожуху.

Из-за особенности конструкции пружины вытяжного действия, можно применять такую корзину, толщина которой значительно меньше. Что делает данный узел исключительно компактным.

В составе сухого двухдискового сцепления имеются два ведомых диска, между которыми установлена промежуточная проставка. Для выключения сцепления водитель выжимает педаль, и это усилие через систему тяг и рычагов передаётся на вилку. Рычаги и пальцы отводят назад ведущий нажимной диск. В ходе этого пружины, сжимаясь, высвобождают ведомый диск. По обеим сторонам этого диска образуются зазоры, которые прерывают передачу через него крутящего момента.

В сцеплении сухом двухдисковом для формирования необходимых зазоров между дисками ведущими и ведомыми в выключенном состоянии предусмотрены отжимные пружины и регулировочный болт промежуточного диска. Когда педаль плавно отпускается, нажимными пружинами все детали механизма выключения возвращаются в исходное положение, и ведомый диск прижимается к ведущему (нажимному) диску и к маховику.

При гидравлическом приводе сцепления величина полного хода педали остаётся в постоянном виде (это обеспечивается наличием у педали сцепления возвратной пружины). Однако изменяется величина её рабочего хода, с одновременной компенсацией уменьшения толщины ведомого диска в результате износа – чем меньше толщина остающегося диска; тем (при таком же самом полном ходе педали сцепления) большим оказывается её рабочий ход, и тем «выше» (близко к концу обратного хода педали при её отпускании) срабатывает сцепление.

Педаль сцепления с гидроприводом можно отпускать довольно резко, вплоть до того мига, когда диски ведущий с ведомым начинают входить в зацепление друг с другом (это ощущается как слабый рывок машины в тот момент, когда она начинает трогаться) – после этого идёт уже рабочий ход педали, в ходе которого её нужно отпускать обязательно плавно.

Когда ведомый диск ещё новый, сцепление срабатывает «внизу», и машина начинает трогаться даже при небольшом отпускании педали. А если ведомый диск уже заметно изношен, то диски не входят в зацепление практически до самого конца хода педали. У педали сцепления с гидроприводом всегда имеется небольшой свободный ход (около 10-15 мм на педали) имеется в самом начале её нажатия педали. Он обусловлен конструктивным зазором в 2-3 мм между шарнирно соединённым с педалью сцепления толкателем и приводимым им в движение поршнем главного цилиндра сцепления. Это нужно для обеспечения полного включения сцепления при отпускании педали и исключения его пробуксовки при движении автомобиля.

Когда педаль сцепления имеет тросовый привод, полный ход увеличивается по мере изнашивания ведомого диска, педаль слегка приподнимается относительно уровня пола, с увеличением и её рабочего хода. Свободный ход можно отрегулировать длиной троса, он обычно составляет порядка 30-40 миллиметров.

Подробнее о принципе действия двухдискового сцепления

Выжимной подшипник нажимает на выжимные рычаги,которые оттягивают нажимной диск. Он отходит от первого ведомого и отпускает отжимные пружины. Эти пружины, в свою очередь, отпускают промежуточный ведущий диск, а он отходит за счёт других отжимных пружин от второго фрикционного. На такую же величину, насколько диск нажимной отошёл от диска первого фрикционного.

При обратном передвижении отжимные пружины обеспечивают равномерное прижатие промежуточного диска ко ведомому №2, и диска нажимного – к ведомому №1. Перемещаются нажимные диски по шпилькам, которые ввёрнуты в маховик, и к ним же прикреплена корзина сцепления. На эти шпильки также надеты отжимные пружины.

В сцеплениях двухдискового типа сжатие ведущих и ведомых деталей может обеспечиваться несколькими цилиндрическими пружинами, которые равномерно расположены в 1 или 2 ряда по периферии нажимного диска. Сжатие также может производиться одной центральной конической пружиной.

Зачастую двухдисковое сцепление имеет привод с пневматическим усилителем, который нужен для снижения усилий, прилагаемых на педаль сцепления.

Возможные неисправности двухдискового сцепления

• Пробуксовка, или неполное включение сцепления. Свидетельствует о поломке ведущего диска сцепления из-за его перегрева и, соответственно, нарушенного нормального температурного режима работы.

При побуксовке, когда отпущена полностью педаль сцепления, диски проскальзывают один относительно другого и в значительной степени нагреваются. Стальной ведомый диск может покоробиться, а чугунный маховик и нажимные диски – потрескаться. Фрикционные накладки на дисках при этом изнашиваются и обгорают. Проявляется пробуксовка вначале на высоких передачах: несмотря на увеличение оборотов мотора, скорость машины не растёт. Если не отремонтировать, то данный процесс начинает прогрессировать, в дальнейшем даже на первой передаче автомобиль не может тронуться с места.

Если же причина – в ведомом диске, то это сразу будет видно, в форме деформаций и механических дефектов на нём. Когда фрикционные накладки изношены очень сильно, и подрегулировать свободный ход не получается, то необходимо заменить накладки, либо весь ведомый диск.

Менее распространённые причины пробуксовки состоят в замасливании накладок, а также в ослаблении нажимных пружин (возможно, случился отпуск стали при перегреве сцепления).

• Сцепление ведёт, или не полностью выключается.

Неполное выключение сцепления появляется таким образом: при включении передачи, когда машина неподвижна, слышится хруст шестерёнок. Это ведёт к износу коробки переключения передач. А наиболее вероятной причиной является увеличенный свободный ход педали сцепления.

Также это может произойти при деформации выжимных рычагов; или когда выжимной подшипник заедает – не передвигается вместе с нажимной муфтой. Есть вероятность, что ведомый диск сцепления не передвигается по шлицам (при загустении или загрязнении консистентной смазки).

Первичный вал КПП вставлен в шарикоподшипник, который расположен в углублении маховика, и «ведение» сцепления может быть связано с неисправностью этого подшипника. В двухдисковом сцеплении такая проблема обычно появляется из-за замасливания и последующего склеивания дисков ведомых и нажимных.

• Происходят рывки при включении сцепления

Когда, несмотря на плавное отпускание педали сцепления автомобиль трогается с места рывками, это говорит о повреждении фрикционных накладок; о том, что ведомый диск покороблен, либо сломались демпферные пружины, либо износились фрикционные шайбы.

Ведомый диск может заедать при передвижении по шлицам первичного вала КПП. Возможно также заедание нажимной муфты или разрушение выжимного подшипника.

Если воздух попадает в гидравлический привод выключения сцепления, возможно «проваливание» педали, и, как следствие – неполное выключение сцепления. В этом случае надо удалить пузырьки воздуха с частью тормозной жидкости (прокачать сцепление), и долить новой.

Если привод тросовый, то обрыв троса может стать причиной поломки сцепления. Когда педаль сцепления не возвращается в первоначальное положение – отсоединилась возвратная пружина.

Ресурс двухдискового сцепления

Ресурс работы двухдискового сцепления напрямую зависит от условий эксплуатации машины и от стиля езды её водителя. Срок службы сцепления составляет, в среднем, 100-150 тыс. км пробега. Двухдисковые сцепления обладают значительным ресурсом за счёт большого числа рабочей поверхности.