Jak działa sprzęgło?
Sprzęgło to mechanizm stosowany w budowie maszyn do łączenia i rozłączania wałów w celu przekazywania momentu obrotowego. Z konstrukcyjnego punktu widzenia podstawowy podział sprzęgieł polega na rozróżnieniu sprzęgieł rozłącznych i nierozłącznych.
Artykuł po raz pierwszy ukazał się na stronie autoEXPERT.pl w 2022 r. Aktualizujemy jego treść, uzwględniając najnowsze dane z zakresu techniki motoryzacyjnej.
- Sprzęgła cierne łączą sprzęgane wały dzięki siłom tarcia, które powstają między powierzchniami roboczymi.
- Klasyczne, jednotarczowe sprzęgło cierne przenosi moment obrotowy za pośrednictwem suchego tarcia mechanicznego.
- Sprzęgła zwane dwumasowymi to właściwie dwumasowe koła zamachowe, do których przytwierdzono pozostałe elementy sprzęgła.
- Skrzynie dwusprzęgłowe przekazują napęd bez przerw na przełączanie przełożeń.
- Przekładnia bezstopniowa, czyli przekładnia o stale zmiennym przełożeniu (continouosly variable transmission – CVT), pracuje na zupełnie innej zasadzie niż standardowa skrzynia biegów. Sercem przekładni bezstopniowej jest wariator.
Sprzęgła główne stosowane w pojazdach drogowych działają na zasadzie ciernej lub hydrokinetycznej.
Spośród licznych odmian sprzęgieł ciernych w motoryzacji wykorzystuje się:
- jedno- lub wielotarczowe, suche,
- z okładzinami ciernymi o wysokim współczynniku tarcia (większość głównych sprzęgieł samochodowych),
- wielotarczowe mokre (sprzęgła w niektórych dwusprzęgłowych skrzyniach biegów i większość głównych sprzęgieł motocyklowych).
Sprzęgła cierne łączą sprzęgane wały dzięki siłom tarcia, które powstają między powierzchniami roboczymi. Pozwala to odpowiednio dozować wartości przekazywanych momentów i prędkości obrotowych (stopniowe sprzęganie wału zatrzymanego z ruchomym). Maksymalna wartość przenoszonego momentu uzależniona jest od liczby elementów ciernych, ich średnicy i powierzchni, a także od siły, z jaką są do siebie dociskane.
Przekroczenie maksymalnej wartości przekazywanego momentu powoduje samoczynne rozłączenie (poślizg) powierzchni ciernych sprzęgła. Klasyczne, jednotarczowe sprzęgło cierne przenosi moment obrotowy za pośrednictwem suchego tarcia mechanicznego. Sprzęgło to składa się z następujących elementów:
- przytwierdzonej do koła zamachowego oprawy sprzęgła ze sprężyną talerzową (w starszych konstrukcjach z zespołem sprężyn śrubowych) i pierścieniem dociskowym,
- tarczy sprzęgła (przeważnie z tłumikiem drgań skrętnych) z przymocowanymi po jej obu stronach okładzinami ciernymi,
- koła zamachowego (a dokładniej: jego płaszczyzny ciernej i łożyska wałka sprzęgłowego skrzyni biegów),
- urządzenia wyłączającego sprzęgło (składającego się z łożyska wyciskowego sterowanego hydraulicznie lub za pomocą dźwigni).
Sprzęgła cierne pojazdów samochodowych pozostają normalnie w pozycji włączonej, która zapewnia pełne przekazywanie momentu obrotowego z silnika do skrzyni przekładniowej. Między okładzinami ciernymi zazwyczaj znajduje się tłoczona tarcza, do której są one przytwierdzone.
Przetłoczenie tarczy ma na celu jej płynne ściskanie, co powoduje płynne rozpoczęcie przekazywania napędu. Płaszczyzny cierne dociskane są do siebie przez sprężynę (sprężyny) za pośrednictwem pierścienia dociskowego.
Dopiero po uruchomieniu przez kierowcę pedału lub dźwigni (w jednośladach) następuje poosiowe przesunięcie łożyska wyciskowego. Powoduje to zwolnienie docisku tarczy (tarcza sprzęgłowa może się teraz swobodnie obracać między odsuniętym pierścieniem dociskowym a kołem zamachowym) i przerwę w przekazywaniu momentu obrotowego.
Przekazywanie sił z pedału lub dźwigni do mechanizmu wysprzęglającego odbywa się za pośrednictwem cięgien sztywnych lub elastycznych, a także układów hydrostatycznych podobnych do używanych przy sterowaniu hamulcami.
Ponadto do tego celu używa się mechanizmów specjalnych, np. popularnych w najmniejszych jednośladach samoczynnych systemów odśrodkowych z wirującymi ciężarkami i dociskających powierzchnie cierne z siłą, która rośnie wraz z prędkością obrotową wału korbowego. Wśród tych mechanizmów są także używane w cięższych pojazdach systemy półodśrodkowe, w których siła sprężyn dociskających tarcze cierne jest w znacznej części zastępowana siłą odśrodkową. Takie rozwiązanie zmniejsza siłę potrzebną do rozłączania sprzęgła przy mniejszych prędkościach obrotowych wału korbowego.
Sprzęgła dwumasowe
Sprzęgła zwane dwumasowymi to właściwie dwumasowe koła zamachowe, do których przytwierdzono pozostałe elementy sprzęgła, podobnie jak w rozwiązaniach tradycyjnych. Znacznie poprawiają one izolację układów napędowych i zabezpieczają je przed drganiami skrętnymi wałów korbowych, które powodują hałaśliwą pracę i przyspieszone zużycie części.
Jeden z elementów koła zamachowego, wyposażony w wieniec zębaty rozrusznika, połączony jest sztywno z wałem korbowym. Drugi, łożyskowany, połączono z pierwszym za pośrednictwem łożyska tocznego i sprzężono z nim sprężystym układem tłumiącym.
Sprzęgło dwumasowe zmienia stosunek masowych momentów bezwładności i tym samym przesuwa zakres rezonansowy wyraźnie poniżej normalnych obrotów eksploatacyjnych. Nierównomierności biegu, które wynikają z cyklicznych procesów spalania, powodują drgania skrętne. System sprężynująco-tłumiący prawie całkowicie odfiltrowuje te drgania i zapewnia bezdrganiową pracę pozostałych części układu napędowego.
1) pierwotna masa zamachowa i obudowa tłumika, 2) wtórna masa zamachowa i powierzchnia cierna, 3) pokrywa (pierwotna masa zamachowa), 4) piasta, 5) obwodowa sprężyna naciskowa, 6) prowadnica sprężyny, 7) kołnierz i sprężyna talerzowa, 8) przestrzeń na smar, 9) membrana uszczelniająca, 10) tarcze cierne mocujące, 11) łożysko kulkowe, 12) pierścień, 13) przykrywka uszczelniająca i izolująca, 14) sprężyny talerzowe, które zapewniają tarcie podstawowe,
15) tarcza cierna, która przenosi obciążenie, 16) sprężyna talerzowa, 17) pokrywa blaszana,
18) nit, 19) tarcza, 20) kołek centrujący, 21) wieniec zębaty rozrusznika, 22) szczelina wentylacyjna, 23) otwory mocujące, 24) otwór ustalający, 25) spawy laserowe
A. sprzęgło ze sprężyną talerzową
B. płaszczyzna sprzęgłowa koła zamachowego
MOŻE ZAINTERESUJE CIĘ TAKŻE
.jpg)
.jpg)
Skrzynie dwusprzęgłowe
Skrzynie biegów wyposażone w podwójne sprzęgła zapewniają nieodczuwalne przełączanie biegów przy jednoczesnym obniżeniu zużycia paliwa podczas jazdy. Są to skrzynie mechaniczne, choć dają wrażenie jazdy przypisywane automatom z hydraulicznym przemiennikiem momentu.
Ideą stworzenia takiej skrzyni biegów było połączenie efektywności manualnej skrzyni biegów i komfortu jazdy, który jest znany ze skrzyń automatycznych. Sporym krokiem naprzód w przypadku skrzyń dwusprzęgłowych jest możliwość ciągłego przekazywania napędu bez strat, które wynikają z mechaniki płynów obecnych w skrzyniach z hydraulicznym napędem przekładni planetarnych.
Koncern Volkswagena jako pierwszy wprowadził do seryjnej produkcji skrzynię dwusprzęgłową DSG (Direkt-SchaltGetriebe – przekładnia z bezpośrednim przełączaniem). Jej wielką zaletą jest przełączanie przełożeń bez przerywania momentu obrotowego przekazywanego z silnika na koła.
Pierwsze sprzęgło obsługuje przełożenia nieparzyste (1, 3, 5), natomiast drugie jest odpowiedzialne za łączenie biegów parzystych (2, 4, 6). W skrócie skrzynia DSG wygląda jak dwie skrzynie trzybiegowe zamontowane w jednej obudowie.
Sprzęgło podwójne w Volkswagenie składa się z dwóch pakietów sprzęgłowych pracujących w kąpieli olejowej i jest sterowane przez elektroniczny układ zmiany biegów sprzężony z elektroniką silnika. Połączenie elektroniki sterującej z hydrauliką wykonawczą pozwala na płynne przekazanie momentu podczas zmiany przełożenia.
Polega to na tym, że przy włączeniu pierwszego biegu automatycznie włącza się także drugi bieg, który jest rozłączony sprzęgłem. W momencie osiągnięcia maksymalnej prędkości na pierwszym biegu jego sprzęgło jest rozłączane i jednocześnie załączane jest sprzęgło drugiego biegu.
W czasie pracy tej skrzyni biegów jedno sprzęgło zawsze jest zasprzęglone, a jedno – rozsprzęglone. Jedynym momentem, kiedy zasprzęglenia się ze sobą pokrywają, jest zmiana biegu. Według informacji przekazanych przez koncern Volkswagen zmiana biegów trwa zaledwie 0,04 s.
Przekrój przez skrzynię biegów DSG pozwala rozróżnić przedni i tylny zestaw kół zębatych. Łatwo zauważyć sposób budowy skrzyni biegów, który przypomina 2 osobne zestawy przełożeń zamknięte w jednej obudowie.
Skrzynie bezstopniowe
Przekładnia bezstopniowa, czyli przekładnia o stale zmiennym przełożeniu (continouosly variable transmission – CVT), pracuje na zupełnie innej zasadzie niż standardowa skrzynia biegów. Sercem przekładni bezstopniowej jest wariator. Jest to system kół talerzowych o odstępie zmienianym za pomocą siłownika i stalowy pas transmisyjny.
W wariatorze moment obrotowy i moc przenoszą się z talerzy zdawczych na talerze odbiorcze przez tarcie między stalowym pasem transmisyjnym a talerzami. Odstęp między kołami talerzowymi jest regulowany płynnie, dzięki czemu nie ma szarpnięć czy przeskoków, które towarzyszą tradycyjnej zmianie biegów.
Za zmianę odległości między kołami odpowiedzialny jest siłownik hydrauliczny, który dociska jeden z talerzy, dzięki czemu zmienia się odstęp między kołami. Siłownik hydrauliczny zasilany jest olejem pochodzącym z pompy i hydrodynamicznego przetwornika napędu, który jest elementem łączącym silnik z przekładnią CVT.
Do tej pory największym problemem przy konstruowaniu i użytkowaniu przekładni bezstopniowych było ograniczenie możliwości przenoszenia większych mocy. Wiązało się to z niską żywotnością stalowego pasa transmisyjnego.
Dzięki warstwowej konstrukcji pasów pracujących w kąpieli olejowej skrzynie biegów CVT, zachowując gabaryt analogiczny do tradycyjnej skrzyni biegów, mogą przenosić moc rzędu ponad 200 KW i moment obrotowy 350 Nm, który po zastosowaniu przemiennika momentu obrotowego może osiągnąć nawet 500 Nm na wejściu do skrzyni biegów.
Źródło: Materiały redakcyjne
