Что такое муфта в автомобиле?

Что такое муфта, ее назначение и устройство

Слово муфта пришло к нам из немецкого и голландского языков. В немецком – это Muffe, а по-голландски – mouwtje. В русском языке, как, впрочем, и в тех, откуда оно было заимствовано, слово употребляется в нескольких значениях. В интересующей нас области под муфтой понимается специальный привод в машинах и механизмах, который передает вращательное движение (момент) с одного вала на другой, соосно расположенный с первым.

1. Назначение
2. Разновидности муфт сцепления
3. Устройство и принцип действия
4. Характерные неисправности

Назначение

Муфта сцепления в автомобиле предназначается для обеспечения возможности переключения режимов движения на ходу и плавного трогания с места. С помощью муфты осуществляется кратковременное разъединение двигателя и трансмиссии автомобиля, то есть прекращение плотного соприкосновения ведущих и ведомых дисков механизма сцепления.

Таким образом, муфта – это деталь общего механизма, единого блока сцепления. Зачастую два этих слова употребляются как синонимы, например: «муфту выжми» или «выжми сцепление».

Помимо автомобилей и тракторов различных типов, муфты устанавливаются на мотоблоках, бензопилах, стационарных станках с переменными режимами вращения основного вала.

Разновидности муфт сцепления

Муфты сцепления по особенностям устройства и принципу работы различаются следующим образом:

По числу ведомых дисков:

• однодисковые (более распространено);
• многодисковые (два и более).

По условиям работы:

• сухие (в автомобилях) и;
• влажные (погружено в масляную ванну).

• механические;
• гидравлические;
• электромагнитные (используются на тепловозах, металлорежущих станках);
• комбинированные.

Способом нажатия на прижимной диск:

• с круговым расположением пружин;
• с диафрагмой в центре.

Наособицу стоит центробежная муфта сцепления, автоматически сцепляющая или расцепляющая валы при определенной скорости вращения ведущего вала. Такая муфта используется, например, на бензопилах.

Устройство и принцип действия

Рассмотрим устройство и работу механизма на примере отечественного ВАЗ 2107. Сцепление на ВАЗах, как на большинстве легковых машин, однодисковое, сухое, замкнутое. Устанавливается на маховике под алюминиевым картером, который болтами прикреплен к блоку цилиндров. Ведомый диск установлен на ступице вала коробки передач. Крутящий момент от него передается на ступицу через пружинно-фрикционный демпфер.

Выключение осуществляется гидроприводом. Главный гидроцилиндр располагается в моторном отсеке и закреплен с помощью двух гаек на шпильках педального узла. Рабочий цилиндр двумя болтами крепится к картеру сцепления. Трубопроводом они соединены между собой и с бачком для жидкости с гофрированным резиновым успокоителем.

При нажатии ногой на педаль поршень главного гидроцилиндра, выдавливая через шланг жидкость под давлением, передает усилие на поршень рабочего цилиндра и затем на вилку выключения сцепления. Она поворачивается на шаровой опоре и по направляющей втулке перемещает выжимной подшипник.

Он в свою очередь давит на диафрагменную пружину корзины. Корзина сцепления, прогибаясь на опорных кольцах, отводит от ведомого диска нажимной. В результате первичный вал КПП и коленчатый вал двигателя рассоединяются. Прекращается передача крутящего момента. При отпускании педали муфты, пружины возвращают диски в состояние плотного соприкосновения, и трение возобновляет передачу крутящего момента.

Характерные неисправности

Различают два основных признака неисправности в механизме сцепления. Это когда «муфта ведет» и, наоборот, «буксует».

1. В результате в первом случае переключение передач рычагом затруднено, а включение задней скорости сопровождается скрежетом. У педали, как правило, большой свободный ход. Объясняется это неполным расхождением ведомого и ведущего дисков.
2. «Буксует» сцепление, напротив, когда не происходит полного и плотного соприкосновения дисков, наблюдается эффект «проскальзывания». У педали в этом случае малый свободный ход, а автомобиль при резком открытии дроссельной заслонки на повышенных передачах вяло набирает разгон.

Уход за муфтой сцепления своими силами состоит в регулировке свободного хода педали и своевременной прокачке гидропривода с целью удаления попадающего в систему воздуха.
» alt=»»>

Муфты полного привода. Устройство и принцип работы.

Описываемый ниже тип включения полного привода настолько распространён, что перечень всех автомобилей, где он устанавливается будет достаточно обширным.
Renault Duster, Nissan Qashqai, Mitsubishi Outlander, Hyundai Tucson, Hyundai Creta (upd. в комментариях поправили, что на Creta стоит муфта другого типа), Ford Escape, Mazda CX-5 — это лишь некоторые из тех, что на слуху. В основном, конечно же, это так называемые «паркетники», где установка полноценных раздаточных коробок невозможна из-за плотной компоновки. Так же малые габариты и простота управления позволяют устанавливать муфты этого типа и на совсем маленькие автомобили типа Mini Cooper. Однако и это далеко не вся область применения. Точно такие же муфты (правда, открытого типа и покрупневшие в размерах) можно обнаружить и в составе «взрослых» раздаточных коробок (например Borg Warner 4405 для Ford Explorer или Borg Warner 4406 для Ford Expedition/Lincoln Navigator).
Устройство муфты.

Конструктивно муфту можно разделить на три части:
— электромагнитная муфта для активации функции полного привода управляемая внешним электронным блоком;
— кулачковая муфта, предназначение которой — преобразование разницы крутящих моментов на входном и выходном валу в усилие сжатия фрикционного пакета;
— фрикционная муфта посредством которой и передаётся основной крутящий момент от входного вала к выходному.

На большинстве автомобилей все эти муфты (за исключением неподвижной катушки) заключены в герметичный корпус в который залита специальная трансмиссионная жидкость. Сделано это из-за слишком разных требований к маслам используемых в гипоидных зубчатых передачах (главная пара) и в передачах с использованием фрикционных материалов.
Для простоты представления процессов рассмотрим работу муфты на примере работы в режиме принудительного полного привода. В этом случае алгоритмы работы электроники управляющей включением электромагнитной муфты можно опустить.

При включении принудительного полного привода происходит подача напряжения на катушку электромагнитной муфты (6). Якорь (3) электромагнитной муфты притягивается к катушке и смещаясь по шлицам обоймы кулачковой муфты (2) входит в зацепление с корпусом муфты образуя жёсткую кинематическую связь обоймы (2) с входным валом. Вторая обойма (1) кулачковой муфты постоянно зацеплена с выходным валом посредством шлицов.

Пока вращение входного и выходного валов синхронно (езда по твёрдому покрытию с хорошим сцеплением) ничего не происходит. Но как только возникает пробуксовка передней оси, входной вал смещается вперёд относительно выходного. Это приводит к смещению шарика (5) кулачковой муфты в бороздках. А так как бороздки имеют переменную глубину (скосы) шарик начинает давить на обоймы обгонной муфты. Обойма (2) упирается в корпус. Обойма (1) имеющая нажимной диск начинает сжимать фрикционную муфту. Сила сжатия будет расти до того момента пока угловые скорости входного и выходного валов не выравняются. То есть конструкция муфты такова, что при её срабатывании никакой пробуксовки (больше чем это достаточно для срабатывания кулачковой муфты, т.е. считанные градусы) в муфте нет. Как только начинается пробуксовка, обоймы кулачковой муфты смещаются ещё больше и фрикционный пакет сжимается с бОльшей силой пока пробуксовка муфты не будет устранена.
Правда тут есть нюанс. На дорогих спортивных авто в конструкцию муфты вносят дополнительное усовершенствование. Между якорем (3) и корпусом муфты устанавливается ещё один «первичный» (primary) пакет фрикционов. Тогда за счёт модуляции сигнала на катушке (6) появляется возможность контролировать блокировку обоймы муфты (2) допуская её некоторое проскальзывание. Тем самым появляется возможность гибко перераспределять крутящий момент между передней и задней осью. Необходимо это для изменения поведения в повороте (баланс между избыточной и недостаточной поворачиваемостью) у машин претендующих на гордое звание раллийных или спорт-каров. К недорогим паркетникам это никоим образом не относится. Там муфта работает просто по принципу вкл/выкл. Однако, «дорогие технологии» постепенно становятся более доступными и есть основания надеяться, что вскоре можно будет заняться подобной тонкой настройкой и бюджетных авто.

Но тогда возникает закономерный вопрос: как же тогда возникает перегрев муфты? А возникает он по совокупности факторов.
1. Трение во фрикционном пакете при включении муфты хоть и минимально по времени, но всё есть. Учитывая передаваемый момент и цикличность включений-выключений муфты (на некоторых режимах езды и неправильной буксовки, о чём ниже) выделение тепла может достигать значительных величин.
2. Нагрев электромагнитной катушки. Он достаточно мал, чтобы вызвать перегрев даже будучи включённой значительное время, но всё же тоже вносит вклад.
3. Нагрев в результате проскальзывания якоря (3) по корпусу муфты. Это не является штатным функционированием, но может возникать при резком включении муфты. Например, при езде на высоких скоростях по нестабильным покрытиям в режиме 4WD AUTO. При этом время включения фрикционной муфты (то есть время проскальзывания в ней) увеличивается, а значит и увеличивается тепловыделение в ней.
Интересен так же способ, которым контроллер определяет температуру муфты. Датчиков температуры муфты на большинство указанных авто не устанавливается, тем не менее контроллер как-то определяет температуру. А определяет он её по изменению сопротивления катушки, то есть по изменению тока протекающего через неё. Сопротивление меди увеличивается с ростом температуры. Изменение составляет около 25% при увеличении температуры на 60°C. Электроника просто измеряет изменение силы тока при приложенном напряжении и высчитывает сопротивление. По изменению сопротивления можно вычислить температуру. Измерения не являются абсолютно точными (измерения калиброванным датчиком будут заведомо точнее), но более чем достаточными для выявления перегрева.
При выключении муфты обесточивается катушка (6), под действием пружинного диска якорь муфты «отлипает» от корпуса муфты. Тем самым пропадает кинематическая связь между входным валом и обоймой кулачковой муфты (2), она получает возможность свободного вращения относительно корпуса на игольчатом подшипнике (4). Шарик (5) кулачковой муфты под действием сил реакции сжатого фрикционного пакета стремится занять устойчивое положение в углублении обойм (1) и (2), а так как препятствующих ему это сделать сил нет (обойма (2) свободно вращается), он «распускает» кулачковую муфту, а та в свою очередь — фрикционный пакет. Муфта разблокирована.
Теперь ещё один нюанс. Так как механическая блокировка приводится в действие от разницы в частотах вращения хвостовиков переднего и заднего мостов учитывается не пробуксовка какого-то конкретного колеса на оси, а средняя арифметическая скорость вращения левого и правого колёс осей. То есть, например, при диагональном вывешивании при активной работе газом за счёт инерции вывешенных колёс скорости вращения входного и выходного валов муфты будут периодически выравниваться и меняться местами вызывая смещение шарика (5) кулачковой муфты и разблокировку фрикционной муфты. аналогичные процессы будут происходить и при «дрифтинге» и, само собой разумеется, при смене направления движения.
Из этого следует, что дифференциал заднего моста с блокировкой сильно облегчил бы жизнь муфте полного привода. Количество ненужных включений-выключений сильно бы сократилось.
Теперь обсудим, что будет происходить в муфте при износе её компонентов.
Кулачковая муфта — практически вечная. Ей как и подшипникам грозит только контактная усталость и выкрашивание пятна контакта шарика с канавками, но даже и с такими дефектами она будет работать ещё достаточно долго вплоть до полного разрушения, так как относительные скорости шарика и обойм ничтожно низкие.
Износ якоря (либо фрикционных дисков первичного пакета, неравномерный, либо с задирами) и его контактной поверхности на внутреннем корпусе муфты приведёт к пробуксовке обоймы кулачковой муфты (2) и неполному сжатию фрикционного пакета. Как правило сопровождается это заметными рывками в трансмиссии под большой нагрузкой. Однако такой вид износа достаточно редок (помним, что относительные скорости входного и выходного валов невысоки, а при штатной «мягкой» эксплуатации и вообще около нуля).
Износ фрикционного пакета муфты до какого-то момента компенсируется кулачковой муфтой. Просто увеличиваются ходы её обойм до блокировки муфты. Но когда предел будет достигнут кулачковая муфта превратится в подшипник. При этом будут слышны достаточно громкие щелчки всякий раз, когда шарики будут проскакивать углубления в обоймах. При этом так же возможны рывки в трансмиссии но гораздо более вялые нежели в предыдущем случае.
Подведём итог. В достоинства муфты занесём простоту конструкции, минимум движущихся частей (а те, что есть, движутся с невысокими относительными скоростями), простоту управления без применения дорогих сервоприводов, герметичность конструкции (никаких выходящих наружу тяг и валов управления), плавность включения, опция управления передаваемым на задние колёса моментом. Недостаток по сути один — отсутствие возможности постоянного жёсткого подключения полного привода.
P.S. А вот видео с конструкцией муфты полного привода ранних Дастеров:

Виды муфтовых соединений

Муфтой называется особое устройство (элемент транспортного средства), которое соединяет концы валов и расположенных на них подвижных деталей. Суть такого соединения — передать механическую энергию без потерь ее величины. При этом, в зависимости от назначения и конструкции, муфты могут соединять и два вала, которые расположены в непосредственной близости друг от друга.

Роль муфтовых соединений в эксплуатации автомобиля трудно переоценить: они предназначены для того, чтобы снять высокие нагрузки с механизмов, корректировать ход валов, обеспечивать разъединение и соединение валов в период работы и т.д.

Классификация муфт

Самые востребованные виды муфт в автомобилестроении сегодня стандартизованы, однако существует ряд устройств, которые выполнятся по индивидуальным замерам к каждой конкретной марке автомобиля. Ввиду основного назначения муфты (передача вращающего момента без изменения его величины) выделяют несколько основных видов устройства:

• по принципу возможности управления — неуправляемые (постоянные, статичные) и самоуправляемые (автоматические);
• по группам и различающимся функциям в автомобиле — жесткие (к ним относятся втулочные, фланцевые и продольно-свёртные муфты);
• для корректировки угла соединения между двумя соосными валами применяют шарнирные муфты (основные их виды — зубчатые и цепные);
• по возможностям компенсирования нагрузок при езде (с использованием звездочного механизма, втулочно-пальцевые и элементы с оболочкой);
• по характеру соединения/разъединения двух валов (кулачковые, кулачково-дисковые, фрикционные и центробежные);
• полностью автоматические, то есть управляемые не зависимо от действий водителя (обгонные, центробежные и предохранительные);
• по использованию динамических сил (электромагнитные и просто магнитные).

Описание каждой позиции

Для более детального рассмотрения функций и строения каждых из муфтовых соединений предлагается следующее описание.

Неуправляемые

Характеризуются статичностью своего положения и простотой конструкции. Проводить различные настройки и коррективы в их работе можно только в специализированном автосервисе при полной остановке работы двигателя.

Глухая муфта представляет собой полностью статичное и четко фиксированное соединение между валами. Монтаж такого вида муфт требует особенно четкого центрования, так как если будет допущена хотя бы одна мелкая ошибка, работа валов будет нарушена или в принципе невозможна.

Втулочный вид муфт считается простейшим из всех типов глухих муфт. Этот элемент составлен из втулки, оснащенной штифтами. Применение втулочных муфт полностью себя оправдало на автомобилях, эксплуатация которых не подразумевает больших нагрузок (седаны городского типа). Традиционно глухие втулочные муфты устанавливают на валы с небольшим диаметром — не более 70 мм.

Фланцевая муфта считается на сегодняшний день одним из самых распространенных соединительных элементов в автомобилях всех типов. Она составлена из двух равноразмерых полумуфт, которые крепятся друг к другу болтовыми соединениями.

Этот вид муфт предназначается для соединения двух валов с диаметрами сечение 200 мм. Благодаря небольшому размеру и упрощенной конструкции фланцевые муфты позволяют их использовать как на бюджетных авто, так и машинах повышенной комфортности.

Компенсирующий вариант муфт (жесткая муфта) призван выравнивать все виды вмещения валов. По какой бы оси вал не двигался, все недочеты монтажа или езды транспортного средства будут сглажены. Благодаря работе компенсирующих муфт уменьшается нагрузка как на сами валы, так и на осевые подшипники, что обеспечивает длительность срока службы механизмов и автомобиля в целом.

Основной минус в эксплуатации данного вида муфт заключается в том, что отсутствует элемент, который позволил бы смягчать дорожные удары.

Кулачково-дисковая муфта имеет следующее строение: она вмещает в себя две полумуфты и один соединительный диск, который расположен между ними. Осуществляя свою работу, диск двигается по прорубленным в полумуфтах отверстиям и этим вносит коррективы в работу соосных валов. Разумеется, трение диска будет сопровождаться быстрым износом. Поэтому требуется плановая смазка поверхностей муфты и бережная, не агрессивная, манера езды на автомобиле. К тому же для продления срока службы кулачково-дисковые муфты выполняются сегодня из самых износостойких сплавов стали.

Строение зубчатой муфты определяется двумя полумуфтами, которые имеют специальные зубцы на своей поверхности. К тому же полумуфты дополнительно оснащены и обоймой с внутренними зубцами. Таким образом, зубчатая муфта может передавать вращающий момент сразу несколькими работающими зубцами, за счет чего обеспечивается и более высокая пропускная способность нагрузки. Благодаря своему строению эта муфта имеет весьма небольшие габариты, что делает ее востребованной в автомобилях всех типов.

Элементы для зубчатых муфт выполняются из сталей, насыщенных углеродом. Перед монтажом элементы в обязательном порядке проходят термообработку.

Компенсирующие муфты упругого соединения, в отличие от компенсирующих жестких муфт, не просто корректируют соосность валов, но также уменьшают силу нагрузки, которая появляется при переключении передач.

Втулочно-пальцевая муфта составлена из двух полумуфт, которые соединяются пальцами. На окончания пальцев с целью уменьшения силы нагрузки и ее смягчения надеты наконечники из пластичных материалов. При этом толщина самих наконечников (или втулок) сравнительно небольшая, поэтому и пружинящий эффект тоже не велик.

Эти муфтовые устройства широко применяются в комплексах электрических двигательных агрегатов.

Использование муфты с пружинами в виде змеи подразумевает передачу большого вращающего момента. Конструктивно это две полумуфты, которые оснащены зубцами уникальной формы. Между полумуфтами располагаются пружины в форме змеи. При этом муфта вмонтирована в чашку, которая, во-первых, сохраняет рабочее место каждой из пружин и, во-вторых, выполняет функцию подачи смазки на элементы механизма.

Муфта отличается повышенной стоимостью при производстве, однако ее долговечные рабочие характеристики позволяют устанавливать данный тип механизмов на автомобили премиум-класса.

Управляемые

Основное отличие от неуправляемых заключается в том, что смыкать и размыкать соосные валы можно без остановки работы двигательного агрегата. Из-за этого управляемые виды муфт требуют исключительно тщательного подхода к их монтажу и центрованию расположений валов.

Кулачковая муфта представляет собой две полумуфты, которые соприкасаются между собой специальными выступами — кулачками. Принцип работы таких муфт заключается в том, что при включении одна полумуфта своими выступами жестко входит в полости другой. Таким образом и достигается надежное соединение между ними.

Функционирование кулачковой муфты сопровождается повышенными шумами и даже ударами, из-за чего в конструкции принято использовать синхронизаторы. Из-за подверженности быстрому износу сами полумуфты и их кулачки выполняются из прочных видов сталей, а после закаливаются в огне.

Муфты вида фрикционных сцепных работают по принципу передачи вращающего момента за счет силы, возникающей от трения между поверхностями элементов. В самом начале рабочей деятельности между полумуфтами возникает проскальзывание, то есть обеспечивается плавное включение устройства. Трение же во фрикционных муфтах достигается путем соприкосновения нескольких пар дисков, которые располагаются между двумя равноразмерными полумуфтами.

Самоуправляемые

Это тип автоматических муфтовых соединений, который выполняет сразу несколько задач в машине. Во-первых, ограничивает величину нагрузок. Во-вторых, передает нагрузку только в строго заданном направлении. В-третьих, включаются или отключаются при определенном скоростном режиме.

Часто используемым видом самоуправляемых муфт считается предохранительная. Она включается в работу в тот момент, когда нагрузки начинают превышать какую-то установленную заводом-изготовителем машины величину.

Муфты центробежного типа устанавливают на транспортные средства для возможностей мягкого пуска. Это позволяет двигательному агрегату быстрее развить максимальную скорость.

А вот муфты обгона, напротив, выполняют передачу вращающего момента только в одном, заданном направлении. Это позволяет повысить скорость авто и оптимизировать работу его систем

Основные виды применяемых сегодня муфт

Достаточно широкой популярностью на рынке автомобилестроения пользуется муфта Haldex. Первое поколения этой муфты для полноприводных автомобилей вышло еще в 1998 году. Муфта блокировалась только на передней ведущей оси в момент пробуксовки колес. Именно по этой причине Haldex в то время получила много негативных отзывов, так как работа этой муфты не позволяла мягко управлять автомобилем во время заносов или пробуксовки.

С 2002 года вышла усовершенствованная модель Haldex второго поколения, с 2004 — третьего, с 2007 — четвертого, а с 2012 года вышло последнее, пятое поколение. На сегодняшний день муфта Haldex может устанавливаться как на переднюю ось, так и на заднюю. Управление автомобилем стало значительно более удобным благодаря как конструкционным особенностям муфты, так и инновационным доработкам вроде постоянно работающего насоса или фрикциона с управлением от гидравлики или электричества.

Муфты этого вида активно используются на автомобилях Volkswagen.

Однако более употребительными (устанавливаются на автомобили Skoda, Volvo, Kia и другие) считаются муфты вида Torsen. Эта муфта была разработана американскими инженерами специально для дифференциальных устройств повышенного трения. Способ работы Torsen весьма прост: он не выравнивает подачу крутящего момента на буксующие колеса, а просто перенаправляет механическую энергию на то колесо, которое имеет более надежное сцепление с дорожным покрытием.

Преимущество дифференциальных устройств с муфтой Torsen заключается в их дешевизне и моментальной реакции на любые изменения работы колес во время езды. Муфта неоднократно дорабатывалась, и на сегодняшний день ее можно считать наиболее популярной в современном автомобилестроении.

Поддержание муфт в рабочем состоянии

Как и любой другой агрегат или механизм транспортного средства, муфтовые устройства нуждаются в качественном обслуживании. Специалисты ГК Favorit Motors выполнят корректировку работы муфт любого типа или замену каких-либо их составляющих.

Устройство и принцип работы сцепления автомобиля

Сцеплением называется механизм трансмиссии, передающий крутящий момент от двигателя к коробке передач за счет силы трения. Также оно позволяет кратковременно отсоединить двигатель от трансмиссии и вновь их плавно соединить. Существует достаточно много разновидностей муфт сцепления. Они различаются по количеству ведомых дисков (однодисковое, двухдисковое или многодисковое), по типу рабочей среды (сухое или мокрое) и по типу привода. Разные виды сцеплений имеют соответствующие преимущества и недостатки, но наибольшее распространение на современных автомобилях получило однодисковое сухое сцепление либо с механическим, либо гидравлическим приводом.

1. Функции сцепления
2. Элементы муфты сцепления
3. Принцип работы
4. Виды сцепления
5. Сухое сцепление
6. Мокрое сцепление
7. Сухое двухдисковое сцепление
8. Сцепление двухмассового маховика
9. Ресурс сцепления
10. Особенности керамического сцепления

Функции сцепления

Муфта сцепления устанавливается между двигателем и коробкой передач и является одним из наиболее нагруженных элементов трансмиссии. Она выполняет следующие основные функции:

1. Плавное разъединение и соединение двигателя и коробки передач.
2. Передача крутящего момента без проскальзывания (без потерь).
3. Компенсация вибраций и нагрузок от неравномерности работы двигателя.
4. Снижение нагрузок на элементы двигателя и трансмиссии.

Элементы муфты сцепления

Стандартная муфта сцепления, применяющаяся на большинстве автомобилей с механической коробкой передач, включает следующие основные элементы:

• Маховик двигателя – ведущий диск.
• Ведомый диск сцепления.
• Корзина сцепления – нажимной диск.
• Выжимной подшипник сцепления.
• Муфта выключения сцепления.
• Вилка сцепления.
• Привод сцепления.

На ведомый диск сцепления с обеих сторон установлены фрикционные накладки. Его функция – передача крутящего момента за счет силы трения. Встроенный в корпус диска пружинный демпфер крутильных колебаний смягчает соединение с маховиком и гасит вибрации и нагрузки от неравномерности работы двигателя.

Схема расположения диска сцепления, корзины и выжимного подшипника с муфтой выключения

Нажимной диск и диафрагменная пружина, воздействующие на ведомый диск сцепления, в сборе представляют собой единый узел, получивший название “корзина сцепления”. Ведомый диск сцепления расположен между корзиной и маховиком и соединен с первичным валом коробки передач с помощью шлицев, по которым он может перемещаться.

Диафрагменная пружина корзины может быть либо нажимного, либо вытяжного принципа действия. Отличие – в направлении приложения усилия от привода сцепления: к маховику или от маховика. Особенность конструкции пружины вытяжного действия позволяет использовать корзину, толщина которой значительно меньше. Это делает узел максимально компактным.

Принцип работы

Принцип работы сцепления основан на жестком соединении ведомого диска сцепления и маховика двигателя за счет возникающей силы трения от усилия, которое создает диафрагменная пружина. Сцепление имеет два режима: «включено» и «выключено». Основное время работы ведомый диск прижат к маховику. Крутящий момент от маховика передаётся ведомому диску, а от него через шлицевое соединение на первичный вал коробки передач.

Схема работы диафрагменной пружины

Для выключения муфты водитель нажимает на педаль, которая соединена с вилкой механическим или гидравлическим приводом. Вилка перемещает выжимной подшипник, который, нажимая на концы лепестков диафрагменной пружины, прекращает её давление на нажимной диск, а он, в свою очередь, освобождает ведомый. В этот момент двигатель разъединен с трансмиссией.

После включения нужной передачи в коробке передач водитель отпускает педаль сцепления, вилка перестаёт воздействовать на выжимной подшипник, а тот на пружину. Нажимной диск прижимает ведомый к маховику. Двигатель соединен с трансмиссией.

Виды сцепления

Сухое сцепление

Принцип действия сцепления данного типа основан на силе трения, возникающей при взаимодействии сухих поверхностей: ведущего, ведомого и нажимного дисков. Это обеспечивает жесткую связь двигателя и коробки передач. Сухое однодисковое сцепление – самый распространенный вид, использующийся на основной массе автомобилей с механической КПП.

Мокрое сцепление

Данный вид сцепления предполагает работу трущихся поверхностей в масляной ванне. По сравнению с сухой, такая схема обеспечивает более плавное соприкосновения дисков; узел эффективнее охлаждается за счет циркуляции жидкости и может передавать больший момент на трансмиссию.

Двойное сцепление мокрого типа

Мокрая схема обычно применяется на современных роботизированных КПП с двойным сцеплением. Особенность работы такого сцепления заключается в том, что на четные и нечетные передачи КПП подается крутящий момент от отдельных ведомых дисков. Привод сцепления – гидравлический, управляемый электроникой. Переключение скоростей происходит при постоянной передаче крутящего момента на трансмиссию без разрыва потока мощности. Данная конструкция является более дорогой и сложной в производстве.

Сухое двухдисковое сцепление

Сухое двухдисковое сцепление предполагает наличие двух ведомых дисков и промежуточной проставки между ними. Данная схема способна передать больше крутящего момента при тех же размерах механизма сцепления. Сама по себе она проще в производстве по сравнению с мокрой. Обычно применяется на грузовиках и легковых автомобилях с особо мощными двигателями.

Сцепление двухмассового маховика

Двухмассовый маховик состоит из двух частей. Одна из них связана с двигателем, вторая – с ведомым диском. Обе составляющие маховика имеют небольшой свободный ход относительно друг друга в плоскости вращения и соединены пружинами между собой.

Схема двухмассового маховика

Особенностью сцепления двухмассового маховика является отсутствие пружинного демпфера крутильных колебаний в ведомом диске. Функция гашения колебаний заложена в конструкцию маховика. Помимо передачи крутящего момента он максимально эффективно сглаживает вибрации и нагрузки, возникающие от неравномерности работы двигателя.

Ресурс сцепления

Ресурс сцепления главным образом зависит от условий эксплуатации автомобиля, а также от стиля езды водителя. В среднем, срок службы сцепления может доходить до 100-150 тысяч километров пробега. В результате естественного износа, возникающего в момент соприкосновения дисков, фрикционные поверхности изнашиваются и требуют замены. Основная причина – проскальзывание дисков.

Двухдисковое сцепление обладает большим ресурсом за счет увеличенного числа рабочих поверхностей. Выжимной подшипник сцепления задействуется при каждом разрыве соединения двигателя и коробки передач. Со временем в подшипнике вырабатывается и теряет свойства вся смазка, в следствие чего он перегревается и выходит из строя.

Особенности керамического сцепления

Ресурс сцепления и эффективность его работы на пределе нагрузок зависит и от свойств материала, обеспечивающего зацепление дисков. Стандартный состав накладок дисков сцепления большинства автомобилей включает спрессованную смесь стеклянных и металлических волокон, смолы и каучука. Поскольку принцип работы сцепления базируется на силе трения, фрикционные накладки ведомого диска рассчитаны на работу при высоких температурах, доходящих до 300-400 градусов Цельсия.

Диск сцепления с керамическими фрикционными накладками

В мощных спортивных автомобилях нагрузки на сцепление намного превышают обычные нормы. Для некоторых трансмиссий может применяться керамическое и металлокерамическое сцепление. В состав материала таких накладок входит керамика и кевлар. Металлокерамический фрикционный материал менее подвержен износу и выдерживает нагрев до 600 градусов без потери рабочих качеств.

Производители используют различные конструкции муфты сцепления, оптимальные для определенного автомобиля, исходя из его назначения и стоимости. Сухое однодисковое сцепление остается достаточно эффективной и недорогой в изготовлении конструкцией. Данная схема широко применяется на легковых автомобилях бюджетного и среднего классов, а также на внедорожниках и грузовиках.

Не очень полный привод: муфта или дифференциал?

Полноприводных машин сейчас много, даже очень много. И причина засилья полного привода не только в растущей доле кроссоверов – мощные легковые автомобили сегодня тоже активно обзаводятся полным приводом. И по большей части это вовсе не Subaru и Mitsubishi, а куда более дорогие и солидные авто родом из Германии или Швеции. И одновременно с этим машин с «настоящим» полным приводом в последнее время все меньше и меньше. Даже апологеты «совсем постоянного полного» из Audi в новых моделях применяют муфты. Зачем?

Цена безопасности

К ак-то так сложилось, что подключаемый полный привод считается решением не особенно надежным, не способным к передаче большого момента и вообще паллиативным, связанным с экономией средств. Причем уверены в этом 9 из 10 моих знакомых, которые о машинах знают вовсе не понаслышке. Но согласитесь: слова «экономия» и «дешевле» звучит как-то странно, если речь идет о новейших Х5, Х6 и Cayenne, ну или про «скромную» 550Xi или Panamera. Видимо, причина совсем в другом — вряд ли можно столько «наэкономить» на банальном межосевом дифференциале.

Если бы дифференциалы были настолько дороги, то вместо межколесного, наверное, тоже применяли бы что-то другое? И широко известный Torsen явно стоит не миллионы. Да, дело не в цене самого дифференциала. Сюрпризы преподнесли выявленные нюансы в настройке управляемости и работы различных электронных «помощников»: ABS , ESP и прочих систем повышения активной безопасности. И всё это оттого, что требования к активной безопасности машин сильно выросли за последние десятилетия, и управляемость даже простеньких машин находится на уровне, который и не снился спорткарам восьмидесятых.

Чем хорош постоянный полный привод? Тем, что крутящий момент присутствует на всех колесах постоянно, распределяясь по определенным правилам, жестко заданным устройством механизма. Напрямую задать распределение невозможно, но есть другие способы «научить» машину делать то, что нужно. Например, внедрением блокировки, использованием тормозных механизмов или чем-то ещё.

Кажется, что особой нужды в подобных «тонкостях» на дорогах с твердым покрытием нет, ведь ездили же Audi Quattro , Alfa 155, Lancia Delta Integrale. В любой книге в описании конструкций полного привода обязательно сказано, что уменьшение крутящего момента на колесах за счет его распределения на все четыре колеса позволяет увеличить боковую составляющую нагрузки, а значит, быстрее проходить повороты. Вдобавок можно реализовать тягу двигателя на любом покрытии. К тому же дифференциал – штука надежная, его не так уж легко сломать, делают их с запасом, ресурс у дифференциала очень высокий. В общем, сплошные плюсы.

К сожалению, очень быстро нашлись и минусы. Любое изменение тяги на полноприводной машине вызывает перераспределение массы по осям и колесам, а сложная трансмиссия следом распределяет и момент. Доля момента достанется всем четырём колёсам, но её количество будет зависеть от многих факторов. От сцепления каждого из колес, от массы деталей трансмиссии, от потерь на трение в узлах и так далее. В итоге получается, что предсказать, как именно изменится тяга на каждой из осей, сложно. Учитывая еще и постоянное изменение нагрузки, изменения в углах увода передней и задней оси становятся практически непредсказуемыми. Только очень опытный водитель может чувствовать все нюансы реакции машины на управляющие действия и быть готовым к любому развитию событий. Из этой ситуации пришлось искать выход.

Как это сделано?

Стабильность машины можно увеличить специальными конструктивными мерами. Например, увеличив момент инерции вокруг вертикальной оси, распределив нагрузку в пользу одной из осей таким образом, чтобы она постоянно на одной была больше, чем на другой, изменив толщину покрышек или углы установки. Ничего не напоминает? Конечно же, автомобили Audi . На них постоянный полный привод стал привычным и имел как минимум несколько особенностей из этого списка.

На фото: Audi A6 Allroad 3,0 TDI quattro ‘2012–14

Расположенный перед осью мотор обеспечивал большой момент инерции вокруг вертикальной оси и гарантированно высокую загрузку передней оси. Многорычажная передняя подвеска обеспечивает наилучшее сцепление именно на передней оси в широких диапазонах нагрузки.

На Porsche 911 Carrera 4 аналогичная схема привода просто «перевернута» на 180 градусов, а особенности компоновки те же. А вот на машинах других марок эта схема как-то не прижилась – исключение составляют только редкие машины для «гонщиков» и небольшое количество кроссоверов.

На фото: Porsche 911 Carrera 4 Coupe ‘2015–н.в.

У Subaru схема полного привода и компоновка почти совпадают с таковой у Audi , за исключением более простых подвесок и более компактного мотора. Вместе с тем за счет меньших размеров и меньшей перегрузки передней оси управляемость куда более «спортивная».

Mitsubishi , Lancia и Alfa Romeo даже и вспоминать не стоит: их компоновка с поперечным мотором, да еще на очень компактных авто изначально не предназначалась неподготовленным водителям.

На фото: Под капотом Alfa Romeo 156 ‘2002–03

Получается, если не принимать специальных конструктивных мер, машина с постоянным полным приводом обладает сложной управляемостью. Она может демонстрировать повадки то переднеприводного, то заднеприводного автомобиля в зависимости от тяги, нагрузки и еще тысячи причин. Для получения приемлемого для серийной машины результата на доводку управляемости придется затратить солидные усилия, ведь среднестатистический водитель подобных сюрпризов не любит, ему нужна однозначность в поведении. Конечно, ее можно получить, установив сложные электронные системы контроля устойчивости, но это сложный и дорогой способ. Куда легче будет упростить схему трансмиссии, установив муфту, подключающую вторую ось только в случае необходимости. Конечно, без электроники всё равно не обойтись, но в случае переднеприводной машины с поперечным расположением мотора трансмиссия станет на порядок проще. Например, вместо очень сложной и тяжелой раздаточной коробки можно обойтись простым угловым редуктором.

На машинах с продольным расположением двигателя и классической компоновкой преимуществ установки муфты чуть меньше. В массе значительного выигрыша получить не выйдет, но зато переднюю ось можно почти не подключать, избавившись от рывков тяги на рулевом управлении. И ещё можно снизить расход топлива, что для серийного автомобиля тоже немаловажно.

Подключать или не подключать?

Не так уж сложен постоянный полный привод, и не так уж он дорог. И первые поколения кроссоверов не случайно часто оснащали постоянным полным приводом. Да что там кроссоверы – вспомните нашу Ниву, которая получилась дешёвой и сердитой одновременно.

Для изначально переднеприводных машин действительно проще и дешевле оказалось сделать привод подключаемым. Разница в массе в 50 кг – это уже очень серьезно, а преимущества однозначной управляемости и возможности легкой настройки систем АБС существенно снижали цену «доводки» модели.

Применяемые поначалу для подключения задней оси вискомуфты оказались не лучшим выбором, и их быстро сменили на электронно-управляемые конструкции. Правда, некоторые производители, например, Honda , держались за свои специфические способы подключения полного привода (речь идёт о Dual- Pump- System ). Но после массового внедрения даже простейших систем с управляемым подключением стало очевидным, что такого привода вполне хватает абсолютному большинству водителей. Причем хватает даже в случае мощных машин и повышенных требований к управляемости и проходимости.

Недостатки у системы подключаемого полного привода тоже имеются. В первую очередь они связаны с тем, что тут есть много узлов, которые дорого стоят. Поэтому их постоянно пытаются сделать подешевле и попроще. Результаты, правда, не всегда радуют.

Например, муфта может держать не весь крутящий момент мотора на первой передаче, а лишь его часть, или держать момент только ограниченное время. Она может не давать возможности работы с пробуксовкой, а скорость подключения – не регулироваться или регулироваться слишком грубо. Муфта может быть не рассчитана на длительную работу, в результате чего под нагрузкой частенько перегревается.

Электроника, обслуживающая систему подключения, тоже может быть упрощена. В этом случае алгоритмы иногда не учитывают часть режимов движения, снижая простоту безопасной управляемости.

В конце концов, у муфты всегда есть изнашиваемые узлы – например, сами сцепления, а зачастую еще и узлы гидропривода или электрики.

И всё же по мере снижения себестоимости электроники и применения подобных систем на всё более дорогих машинах качество такого механизма подключения неуклонно повышается. Хотя в целом муфта всё еще намного дороже простого дифференциала, и попытки сделать её ещё дешевле не прекращаются.

Отмечу, что есть такие конструкции подключения, эффективность работы которых превосходит все системы постоянного полного привода. К ним можно отнести почти все последние поколения полноприводных трансмиссий с изменяемым вектором тяги на Subaru и Mitsubishi и на премиальных немецких авто. Они дают возможность напрямую управлять крутящим моментом на одном или нескольких колесах на выбор. Это позволяет создавать автомобили с идеальной управляемостью и фантастическими возможностями. За рулем такой машины любая кривая на любом покрытии будет «прописана» почти идеально, причем с минимальными затратами усилий со стороны водителя. К сожалению, это сложные и дорогие системы, которые нацелены на получение фантастических показателей на гоночных трассах. И сконструированы они без оглядки на стоимость эксплуатации.

Не стоит пугаться и более простых систем. Например, куда более массовые авто наделяют отличной управляемостью и проходимостью муфты Haldex нескольких последних поколений. Младшие модели Land Rover , Range Rover , VW , Audi , Seat и Volvo широко используют конструкции этого бренда. И в эксплуатации подобные системы зарекомендовали себя достаточно надежными.

Полноприводные машины BMW получают и отличную проходимость, и безупречное поведение на асфальте. С тех пор как постоянный полный привод на Е53 заменили на подключаемый, систему непрерывно совершенствуют, и результаты прогресса впечатляют. Даже надежность смогли повысить до вполне приемлемого уровня.

Сегодня даже очень недорогие системы с чисто электрическим приводом от азиатских брендов не пасуют на бездорожье, да и на шоссе машины с ними радуют отличным поведением.

Что будет дальше?

Еще десяток лет – и кроме джиперов о постоянном полном приводе мало кто вспомнит. А по мере вытеснения машин с ДВС электромобилями сложные трансмиссии вымрут сами по себе, как мамонты. И боюсь, всем пора пересмотреть свое отношение к постоянному полному приводу. Это не дорогое и не элитное решение, а всего лишь не особенно востребованная технология из середины восьмидесятых. Из того времени, когда возможности моторов намного опередили возможности шин и электроники. Тогда-то и появилась легенда о самом полном и постоянном приводе. Которая, правда, здравствует и поныне.