Rodzaje połączeń sprzęgających
Zawartość
Sprzęgło to specjalne urządzenie (element pojazdu), które łączy końce wałów i znajdujące się na nich ruchome części. Istotą takiego połączenia jest przekazanie energii mechanicznej bez utraty jej wielkości. Jednocześnie, w zależności od przeznaczenia i konstrukcji, sprzęgła mogą również łączyć dwa wały, które znajdują się blisko siebie.
Rola przegubów sprzęgających w eksploatacji samochodu jest trudna do przecenienia: służą one do odciążania mechanizmów, regulacji przebiegu wałów, zapewniania rozdzielenia i połączenia wałów podczas eksploatacji itp.
Klasyfikacja sprzęgieł
Najpopularniejsze typy sprzęgieł w branży motoryzacyjnej są dziś ustandaryzowane, jednak istnieje szereg urządzeń, które będą wykonywane według indywidualnych pomiarów dla każdej konkretnej marki samochodu. Ze względu na główne przeznaczenie sprzęgła (przenoszenie momentu obrotowego bez zmiany jego wartości) istnieje kilka głównych typów urządzeń:
- zgodnie z zasadą sterowalności – niezarządzane (stałe, statyczne) i samozarządzające (automatyczne);
- według grup i różnych funkcji w samochodzie - sztywne (są to sprzęgła tulejowe, kołnierzowe i wzdłużnie zwijane);
- do regulacji kąta połączenia między dwoma współosiowymi wałami stosuje się sprzęgła przegubowe (ich główne typy to przekładnia i łańcuch);
- stosownie do możliwości kompensacji obciążeń podczas jazdy (za pomocą mechanizmu gwiazdowego, tulejowo-palcowego i elementów z powłoką);
- ze względu na charakter połączenia / rozdzielenia dwóch wałów (krzywki, krzywki-tarczy, ciernej i odśrodkowej);
- w pełni automatyczne, czyli sterowane niezależnie od działań kierowcy (najazdowe, odśrodkowe i zabezpieczające);
- na wykorzystaniu sił dynamicznych (elektromagnetycznych i po prostu magnetycznych).
Opis każdego elementu
W celu bardziej szczegółowego rozważenia funkcji i struktury każdego z połączeń sprzęgających przedstawiono następujący opis.
Niezarządzany
Charakteryzują się statyczną pozycją i prostą konstrukcją. Możliwe jest przeprowadzanie różnych ustawień i regulacji w ich pracy tylko w specjalistycznym serwisie samochodowym z całkowitym zatrzymaniem silnika.
Sprzęgło ślepe to całkowicie statyczne i wyraźnie zamocowane połączenie między wałami. Montaż tego typu sprzęgła wymaga szczególnie precyzyjnego wycentrowania, gdyż w przypadku popełnienia choćby jednego drobnego błędu praca wałów zostanie zakłócona lub w zasadzie niemożliwa.
Złącza typu tulejowego są uważane za najprostsze ze wszystkich typów sprzęgieł ślepych. Element ten składa się z tulei wyposażonej w sworznie. Zastosowanie sprzęgieł tulejowych w pełni uzasadniło się w pojazdach, których eksploatacja nie wiąże się z dużymi obciążeniami (sedany typu miejskiego). Tradycyjnie ślepe sprzęgła tulejowe są instalowane na wałach o małej średnicy - nie większej niż 70 mm.
Sprzęgło kołnierzowe uważane jest dziś za jeden z najczęściej spotykanych elementów łączących w samochodach wszystkich typów. Składa się z dwóch równych połówek sprzęgła, które są ze sobą skręcone.
Ten typ sprzęgła przeznaczony jest do łączenia dwóch wałów o przekroju 200 mm. Ze względu na niewielkie rozmiary i uproszczoną konstrukcję, sprzęgła kołnierzowe pozwalają na zastosowanie ich zarówno w samochodach budżetowych, jak i luksusowych.
Wersja kompensacyjna sprzęgieł (sprzęgło sztywne) jest przeznaczona do osiowania wszystkich typów osadzania wałów. Bez względu na to, po której osi porusza się wał, wszystkie niedociągnięcia w montażu lub prowadzeniu pojazdu zostaną wygładzone. Dzięki pracy sprzęgieł kompensacyjnych zmniejsza się obciążenie zarówno samych wałów, jak i łożysk osiowych, co zapewnia długą żywotność mechanizmów i całego pojazdu.
Główną wadą w działaniu tego typu sprzęgła jest brak elementu, który łagodziłby wstrząsy drogowe.
Sprzęgło krzywkowo-tarczowe ma następującą budowę: zawiera dwa półsprzęgła i jedną tarczę łączącą, która znajduje się pomiędzy nimi. Wykonując swoją pracę, tarcza porusza się wzdłuż otworów wyciętych w połówkach sprzęgła, a tym samym dokonuje regulacji działania współosiowych wałów. Oczywiście tarciu tarcz towarzyszyć będzie szybkie zużycie. Dlatego wymagane jest regularne smarowanie powierzchni sprzęgających oraz łagodny, nieagresywny styl jazdy. Ponadto, aby wydłużyć żywotność sprzęgła Cam-Disc, wykonane są dziś z najbardziej odpornych na zużycie stopów stali.
Budowę sprzęgła określają dwie połówki sprzęgła, które na swojej powierzchni posiadają specjalne zęby. Dodatkowo połówki sprzęgła wyposażone są dodatkowo w zacisk z wewnętrznymi zębami. W ten sposób sprzęgło zębate może przenosić moment obrotowy na kilka zębów roboczych jednocześnie, co zapewnia również większą nośność. Ze względu na swoją konstrukcję sprzęgło to ma bardzo małe wymiary, co sprawia, że jest poszukiwane w samochodach wszystkich typów.
Elementy sprzęgieł zębatych wykonywane są ze stali nasycanych węglem. Przed montażem elementy muszą zostać poddane obróbce cieplnej.
Sprzęgła elastyczne kompensacyjne, w przeciwieństwie do sprzęgieł sztywnych kompensacyjnych, nie tylko korygują ustawienie wałów, ale także zmniejszają siłę obciążenia pojawiającą się podczas zmiany biegów.
Złącze tulejowo-trzpieniowe składa się z dwóch połówek sprzęgła, które są połączone palcami. Na końcach palców umieszczone są końcówki wykonane z tworzyw sztucznych w celu zmniejszenia siły obciążenia i zmiękczenia jej. Jednocześnie grubość samych końcówek (lub tulei) jest stosunkowo niewielka, w związku z czym efekt sprężystości również nie jest duży.
Te urządzenia sprzęgające są szeroko stosowane w zespołach napędów elektrycznych.
Zastosowanie sprzęgła ze sprężynami wężowymi oznacza przeniesienie dużego momentu obrotowego. Konstrukcyjnie są to dwie połówki sprzęgła, które są wyposażone w zęby o unikalnym kształcie. Pomiędzy połówkami sprzęgła znajdują się sprężyny w kształcie węża. W tym przypadku sprzęgło jest zamontowane w misce, co po pierwsze oszczędza miejsce pracy każdej ze sprężyn, a po drugie pełni funkcję dostarczania smaru do elementów mechanizmu.
Sprzęgło jest droższe w produkcji, ale jego długowieczność sprawia, że ten typ mechanizmu nadaje się do samochodów klasy premium.
Zarządzany
Główną różnicą w stosunku do niesterowanych jest to, że możliwe jest zamykanie i otwieranie współosiowych wałów bez zatrzymywania pracy jednostki napędowej. Z tego powodu kontrolowane typy sprzęgieł wymagają niezwykle starannego podejścia do ich montażu i osiowania układów wałów.
Sprzęgło krzywkowe składa się z dwóch półsprzęgieł, które stykają się ze sobą specjalnymi występami - krzywkami. Zasada działania takich sprzęgieł polega na tym, że po włączeniu jedna półsprzęgło swoimi występami sztywno wchodzi do wnęk drugiego. W ten sposób uzyskuje się niezawodne połączenie między nimi.
Działaniu sprzęgła krzywkowego towarzyszy zwiększony hałas, a nawet wstrząs, dlatego w projekcie zwykle stosuje się synchronizatory. Ze względu na podatność na szybkie zużycie, same połówki sprzęgła oraz ich krzywki wykonane są z wytrzymałych stali, a następnie utwardzane ogniowo.
Sprzęgła cierne działają na zasadzie przenoszenia momentu obrotowego dzięki sile wynikającej z tarcia między powierzchniami elementów. Na samym początku pracy dochodzi do poślizgu między połówkami sprzęgła, czyli zapewnione jest płynne włączenie urządzenia. Tarcie w sprzęgłach ciernych uzyskuje się poprzez kontakt kilku par tarcz, które znajdują się pomiędzy dwoma półsprzęgłami tej samej wielkości.
samozarządzający
Jest to rodzaj automatycznego sprzęgu, który wykonuje jednocześnie kilka zadań w maszynie. Po pierwsze, ogranicza wielkość obciążeń. Po drugie przenosi obciążenie tylko w ściśle określonym kierunku. Po trzecie, włączają się lub wyłączają z określoną prędkością.
Często stosowanym typem sprzęgła samosterującego jest sprzęgło bezpieczeństwa. Włącza się go do pracy w momencie, gdy obciążenia zaczynają przekraczać pewną wartość ustaloną przez producenta maszyny.
Sprzęgła odśrodkowe są instalowane w pojazdach w celu umożliwienia łagodnego rozruchu. Dzięki temu jednostka napędowa może szybciej osiągnąć maksymalną prędkość.
Przeciwnie, sprzęgła jednokierunkowe przenoszą moment obrotowy tylko w jednym określonym kierunku. Pozwala to zwiększyć prędkość samochodu i zoptymalizować działanie jego systemów.
Główne rodzaje sprzęgieł stosowanych obecnie
Sprzęgło Haldex jest dość popularne na rynku motoryzacyjnym. Pierwsza generacja tego sprzęgła do pojazdów z napędem na wszystkie koła została wypuszczona w 1998 roku. W momencie poślizgu koła sprzęgło było zablokowane tylko na przednim moście napędowym. Z tego powodu Haldex otrzymał wówczas wiele negatywnych opinii, ponieważ praca tego sprzęgła nie pozwalała na delikatne sterowanie samochodem podczas driftów lub poślizgów.
Od 2002 roku wypuszczany jest ulepszony model Haldex drugiej generacji, od 2004 - trzeci, od 2007 - czwarty, a od 2012 ostatnia, piąta generacja. Do tej pory sprzęgło Haldex można montować zarówno na przedniej, jak i tylnej osi. Prowadzenie samochodu stało się znacznie wygodniejsze zarówno dzięki cechom konstrukcyjnym sprzęgła, jak i innowacyjnym ulepszeniom, takim jak stale pracująca pompa czy sprzęgło sterowane hydrauliką lub elektrycznie.
Sprzęgła tego typu są aktywnie stosowane w samochodach Volkswagena.
Jednak sprzęgła Torsen są uważane za bardziej powszechne (instalowane w Skodzie, Volvo, Kia i innych). To sprzęgło zostało opracowane przez amerykańskich inżynierów specjalnie dla mechanizmów różnicowych o ograniczonym poślizgu. Sposób działania Torsena jest bardzo prosty: nie wyrównuje dostarczania momentu obrotowego do ślizgających się kół, ale po prostu przekierowuje energię mechaniczną do koła, które ma bardziej niezawodną przyczepność do nawierzchni.
Zaletą mechanizmów różnicowych ze sprzęgłem typu Torsen jest ich niski koszt oraz błyskawiczna reakcja na wszelkie zmiany pracy kół podczas jazdy. Sprzęgło było wielokrotnie udoskonalane i dziś można je uznać za najpopularniejsze we współczesnej motoryzacji.
Utrzymanie sprzęgieł
Jak każda inna jednostka lub mechanizm pojazdu, urządzenia sprzęgające wymagają wysokiej jakości konserwacji. Specjaliści z Grupy Firm Favorit Motors dokonają korekty działania sprzęgieł dowolnego typu lub wymienią którykolwiek z ich elementów.
