Co niszczy sprzęgło

ZF Friedrichshafen
12.2.2015

Najbardziej narażonym na uszkodzenia elementem sprzęgła jest tarcza, a dokładniej okładziny, dzięki którym przekazywanie napędu jest płynne. Już niewielki wzrost temperatury lub nieumiejętne używanie sprzęgła mogą doprowadzić do całkowitego ich zniszczenia.

 

 

  • Trwałość okładzin ciernych sprzęgła zależy od wielu czynników
  • Najnowocześniejsze materiały, stosowane obecnie w produkcji okładzin ciernych, pozwoliły na znaczną redukcje masy okładzin
  • Przy każdym włączaniu sprzęgła ciernego energia kinetyczna wału korbowego  zamieniana jest częściowo w ciepło na skutek tarcia
  • Aby zachować satysfakcjonującą żywotność układu sprzęgła, czas poślizgu na styku okładzina – powierzchnia tarcia na kole zamachowym lub docisku sprzęgła nie powinien przekraczać 2 sekund
  • Dłuższe poślizgi, dochodzące do 10 sekund, powodują chwilowy wzrost temperatury powyżej 400°C
Reklama

Trwałość okładzin ciernych sprzęgła zależy od wielu czynników takich, jak materiał, z jakiego zostały wykonane, obliczenie kryterium przenoszonego momentu obrotowego przez sprzęgło, gdzie pod uwagę brane są takie parametry, jak wartość nacisku jednostkowego, średni promień okładziny ciernej czy współczynnik tarcia dynamicznego.
Dalej - częstość załączania sprzęgła, czas oraz prędkość poślizgu na styku okładziny i drugiej powierzchni trącej (docisk, powierzchnia koła zamachowego). Także masa okładziny jest ważnym czynnikiem, mającym wpływ na żywotność synchronizatorów w skrzyni biegów czy wpływ na komfort przełączania biegów.
Najnowocześniejsze materiały, stosowane obecnie w produkcji okładzin ciernych, pozwoliły na znaczną redukcje masy okładzin, jednocześnie nie wpływając na spadek żywotności i wytrzymałości materiału. Moment przenoszony przez sprzęgło oblicza się według następującego wzoru (wzór 1):

M = F • rm • μ • z

gdzie: F - sumaryczna siła nacisku sprężyn w [N] (1 kp = 10 N)
rm - średni promień okładziny w mm
μ - współczynnik tarcia
z - ilość par powierzchni trących

Średni promień okładziny trącej wylicza się z kolejnego wzoru (wzór 2):

rm = 2 • r3a - r3i / 3 • r2a - r2i

gdzie:
ra to średnica zewnętrzna okładziny
ri to średnica wewnętrzna okładziny

Przykład:
Dla wartości ra = 130 mm i ri = 70 mm wartość rm = 103 mm
Dla wartości ra = 130 mm i ri = 90 mm wartość rm wynosi już 111 mm


Co się dzieje przy ruszaniu

Kierowca przy każdym włączaniu sprzęgła ciernego zamienia energię kinetyczną w ciepło na skutek tarcia. Przy tym nagrzewają się elementy metalowe układu sprzęgła, co ma istotny wpływ na zużycie okładzin ciernych. Przyjmuje się z reguły, że okładzina cierna (zastosowany jej typ) tarczy sprzęgłowej wyznacza granice funkcjonalności całego sprzęgła.
Maksymalna temperatura pracy sprzęgła to ta, przy której sprzęgło jest jeszcze w stanie normalnie funkcjonować, a gdzie nie dochodzi do uszkodzenia rdzenia okładziny ciernej, mimo występującego bardzo dużego zużycia. Dla okładzin ciernych organicznych bezazbestowych stosowanych w dzisiejszych tarczach sprzęgłowych przyjmuje się temperaturę mierzoną na dolnej krawędzi tarczy dociskowej wynoszącą 280°C.
Aby zachować satysfakcjonującą żywotność układu sprzęgła, czas poślizgu na styku okładzina – powierzchnia tarcia na kole zamachowym lub docisku sprzęgła nie powinien przekraczać 2 sekund. W tym czasie średnia temperatura na powierzchni ciernej wynosi 80°C-90°C i nawet w ruchu miejskim przy jeździe „stop and go” praktycznie nie przekracza nigdy 130°C. A trzeba tutaj podkreślić, że w ruchu miejskim częstość włączania sprzęgła zależnie od typu pojazdu może wynosić 15 do 30 razy na 1 km jazdy.

Gdy nadmiernie wzrośnie temperatura

Reklama

Dłuższe poślizgi, dochodzące do 10 sekund, powodują chwilowy wzrost temperatury powyżej 400°C, co prowadzi do spalenia okładziny ciernej oraz przegrzania płaszczyzn współpracujących, przede wszystkim tarczy dociskowej i w konsekwencji dalej doprowadza do ich uszkodzenia.
Przyjmuje się, że do temperatury 130°C zużycie okładziny ciernej jest prawie niezależne od działania temperatury. Dopiero kiedy średnia temperatura na powierzchni ciernej zaczyna przekraczać 150°C wymagana jest specjalna konstrukcja obudowy dzwonowej sprzęgła (dotyczy to przede wszystkim pojazdów komercyjnych, jak autobusy miejskie, pojazdy komunalne - śmieciarki, czy maszyny rolnicze - traktory ). W tym celu stosuje się otwory w obudowie dzwonowej sprzęgła, dalej użebrowanie chłodzące po obu stronach obudowy ułatwiające wymianę powietrza, a co za tym idzie jego chłodzenie.
Także w obudowie tarczy dociskowej zostają wtedy przedsięwzięte środki konstrukcyjne obniżające temperaturę sprzęgła, jak otwory na zewnętrznym obwodzie, celem polepszenia recyrkulacji powietrza oraz w pojazdach komercyjnych często ożebrowanie chłodzące na tylnej stronie obudowy docisku.
Konstrukcyjnie trzeba wziąć pod uwagę, że temperatura w obudowie dzwonowej, działająca na wysprzęglik (łożysko sprzęgła), nie powinna przekraczać 130°C, gdyż może dojść do wypłynięcia smaru z łożyska, a dalej do uszkodzenia całego sprzęgła. W sprzęgle ciernym ważne jest przekazywanie do otoczenia ciepła powstającego w wyniku tarcia. Ze względu na mniejszą zdolność kumulacji ciepła przez tarczę dociskową w stosunku do koła zamachowego (różnica mas), okładzina cierna tarczy sprzęgła od strony tarczy dociskowej jest narażona na szybsze zużycie.

Artykuł powstał na podstawie informacji dostarczonych przez fi rmy Valeo oraz ZF

O Autorze

autoEXPERT – specjalistyczny miesięcznik motoryzacyjny, przeznaczony dla osób zajmujących się zawodowo naprawą, obsługą, diagnostyką i sprzedażą samochodów oraz produkcją i sprzedażą akcesoriów motoryzacyjnych, części zamiennych i materiałów eksploatacyjnych.

Tagi artykułu

Zobacz również

Chcesz otrzymać nasze czasopismo?

Zamów prenumeratę