Bez sprzęgła ani rusz – część 1 | MOTOFAKTOR

Bez sprzęgła ani rusz - część 1

person Andrzej Glajzer 16/09/2020

Jaką rolę w samochodzie spełnia sprzęgło najlepiej wiedzą ci, którzy sami doświadczyli jego awarii.

Jednym z nich był Ferruccio Lamborghini, któremu przydarzyło się to w nowo zakupionym Ferrari …i według często przytaczanej legendy stało się bezpośrednim powodem narodzin kultowej marki super samochodów.

 

Według ogólnej definicji sprzęgło jest to mechanizm lub urządzenie w maszynie służące do umożliwienia przenoszenia ruchu obrotowego z jednego wału na drugi przy jednoczesnym zapewnieniu kompensacji niekorzystnych obciążeń. Bardziej precyzyjnie określa się je w literaturze technicznej, gdzie wyszczególnia się również ich konkretne zadania.

 

Sprzęgła mogą być więc sprzęgłami stałymi (nierozłącznymi) kiedy zachodzi konieczność stałego połączenia kilku odcinków wałów lub włączalnymi, w przypadku potrzeby czasowego ich rozłączania.

 

Rozwiązań konstrukcyjnych wymienionych rodzajów sprzęgieł jest przeogromna ilość, ale w pojazdach drogowych ograniczają się głównie do tzw. „sprzęgieł podatnych”, czyli takich które pozostawiając wałom pewną określoną swobodę wzajemnych ruchów umożliwiają płynne sprzęganie jednostki napędowej (silnika) z pozostałymi elementami układów napędowych zabezpieczając je jednocześnie przed nadmiernym przeciążeniem.

 

I jeszcze jedna klasyfikacja! Poza rzadziej stosowanymi jako sprzęgła główne sprzęgłami hydraulicznymi i elektromagnetycznymi najdłużej i najczęściej spotykanym rodzajem sprzęgieł samochodowych są sprzęgła cierne, czyli układy czysto mechaniczne, w których zasadą działania jest efektywne i ściśle kontrolowane wykorzystywanie zjawiska tarcia…, czyli dokładnie taka sama jak w chwili narodzin samochodu.

 

Inaczej! Trwająca do dziś ewolucja techniczna konstrukcji sprzęgieł samochodowych w głównej mierze dotyczy postępu w zakresie technologii i wymogów ekologii będących w ścisłym związku z ekonomią, oraz również aktualnymi, aczkolwiek zmieniającymi się potrzebami rynku.

Po co w ogóle są potrzebne?

Z jednego właściwie powodu, a mianowicie takiego, że silniki spalinowe mają ograniczony zakres momentu obrotowego i aby mogły być wykorzystywane np. do napędu pojazdów konieczne jest wyposażenie ich w system przekładni.

 

Te jednak aby mogły funkcjonować (zmiana i dopasowanie optymalnego przełożenia) wymagają czasowego zatrzymania przepływu mocy od źródła napędu, a następnie ponownego, możliwie płynnego załączenia.

 

Czyli! Sprzęgła niezbędne są w pojazdach drogowych po to, aby umożliwić rozpoczęcie jazdy (użycie najniższego przełożenia przy stosunkowo wysokich obrotach silnika), oraz późniejszego dokonywania zmian przełożeń pozwalających na optymalne wykorzystanie mocy i momentu obrotowego jednostki napędowej w zależności od aktualnych warunków jazdy.

Rolki, kółka, napinacze

Jak radzili sobie z tym problemem pionierzy motoryzacji? No cóż po raz kolejny kłania się ewolucja.

 

Konstruując sposób przeniesienia napędu z silnika na koła jezdne swojego Patentmotorwagena (1886 r.) Karl Benz „nie wymyślił prochu” i wykorzystał sposób jaki stosowano w każdej ówczesnej fabryce…, czyli tam gdzie jeden będący w ciągłym ruchu silnik centralny (przeważnie parowy) poprzez układ przekładni i pasów transmisyjnych napędzał kilka lub kilkanaście maszyn.

 

Uruchamianie każdej z nich, czyli sprzęgnięcie z jednostką napędową polegało więc na umieszczeniu pasa transmisyjnego (poprzez przesunięcie go) na powierzchnię czołową napędzającego maszynę koła pasowego.

Przeniesienie napędu przekładnią pasową na dwudzielne koło pasowe. Patentmotorwagen K. Benza z 1886 r.

Karl Benz zrobił to tak! Moment obrotowy silnika przenoszony był na pionowo umieszczone koło pasowe, a następnie przy użyciu skórzanego pasa transmisyjnego trafiał na dwudzielne koło pasowe zamontowane na wale stanowiącym jednocześnie półosie zakończone kołami zębatymi przekładni łańcuchowej.

 

Zasadniczym elementem konstrukcji było w tym przypadku wspomniane „dwudzielne” koło pasowe o równej średnicy, gdzie jedna jego część mogła się obracać swobodnie, a druga (w której znajdował się mechanizm różnicowy) służyła bezpośrednio do przenoszenia momentu obrotowego poprzez półosie na ostateczną przekładnię łańcuchową.

 

Sprzęgło, czyli element załączający lub rozłączający napęd był więc tylko przesuwanym długą dźwignią wybierakiem widełkowym, który pozwalał na przesuwanie pasa transmisyjnego na powierzchnię czołową luźno obracającej się części koła pasowego lub części napędowej.

Po lewej widok przekładni pasowej stanowiącej pierwszy element układu przeniesie napędu Patentmotorwagena K. Benza. Po prawej schemat układu napędowego z rozłącznym kołem pasowym.

Mocne przesunięcie dźwigni do przodu powodowało dodatkowe napinanie pasa transmisyjnego spełniającego wówczas rolę hamulca. Również Gottlib Daimler z Wilhelmem Maybachem w swoim Reitwagenie (pierwowzór motocykla) jak również w samobieżnym pojeździe czterokołowym Motorkutsche (1887 r.) nie wymyśli nic innego.

 

Pierwsze sprzęgła w pojazdach drogowych napędzanych silnikami spalinowymi były po prostu ciernymi przekładniami pasowymi z możliwością odpowiedniego przesuwania lub regulacji naciągu pasa transmisyjnego. Jak się okazało nie na długo!

 

Rozwój konstrukcji silników (większe obroty i moc) wymógł na konstruktorach nowe rozwiązania, a tym samym potrzebę zastąpienia nieefektywnych i uciążliwych w obsłudze przekładni pasowych przekładniami zębatymi.

 

Mowa o pierwszych próbach stosowania przekładni o zmiennych przełożeniach, czyli późniejszych skrzyniach biegów. Rozwiązanie takie znajdziemy już choćby Stahlradwagenie (1889 r). Daimlera, gdzie zmiana przełożeń mogła być dokonywana podczas jazdy… i to dzięki nowemu rodzajowi sprzęgła.

 

Dla wyjaśnienia, sprzęgła stożkowego lub popularnie nazywanego konusowego.

Skąd te konusy

I tym razem ponownie z pomocą przyszły stosowane i sprawdzone rozwiązania. Sprzęgła cierne typu stożkowego (konusowe, bo w języku niemieckim to „konische kupplung”, a w ang. „conical clutch”) równie często jak przekładnie pasowe znajdowały zastosowanie w różnego rodzaju maszynach….w tym choćby używanych w przemyśle włókienniczym!

 

Sprzęgło stożkowe składało się z dwóch głównych elementów, czyli odlewanej (później tłoczonej) części ruchomej o kształcie zewnętrznego stożka przytwierdzonej na stale do czopu wału korbowego i części nieruchomej (o profilu stożka wewnętrznego) osadzonej na frezowanym wzdłużnie wale łączącym się z wałem skrzyni przekładniowej (wale sprzęgłowym).

Sprzęgło stożkowe samochodu Horch 1907 r.
Schemat działania jednostopniowego (zwykłego) sprzęgła stożkowego.
Rodzaje sprzęgieł stożkowych - a) zwykłe, b) o odwróconych stożkach, c) wielostopniowe-podwójne, d) zwiększające elastyczność wycięcia na stożku napędzanym

W celu uzyskania płynności przenoszenia momentu obrotowego początkowo powierzchnie robocze napędzanego stożka (na wale łączącym ze skrzynią przekładniową) okładano nitowaną do powierzchni skórą lub taśmą formowaną z metali kolorowych np. miedzi lub mosiądzu.

 

Po 1908 r., czyli po opatentowaniu przez Herberta Frooda technologii produkcji okładzin ciernych, skórę i taśmy metalowe zastępowano materiałem wykonywanym tkaniny bawełnianej impregnowanej gumą i lakierami żywicowymi ( w dawnej polskiej literaturze motoryzacyjnej określanej nazwą ferodo).

 

Kolejnym, poza stosowaniem skuteczniejszych i trwalszych okładzin ciernych ulepszeniem konstrukcji sprzęgieł stożkowych było nacinanie powierzchni napędzanych stożków, dzięki czemu były bardziej elastyczne i mogły się odkształcać lub stosowanie innych rozwiązań, widocznych na poniższym szkicu rozwiązań.

Elementy zwiększąjące płynność włączania suchego sprzęgła stożkowego a) metalowa wstawka b) plaska sprężyna c) tłoczek rozpierający

Sterowanie sprzęgieł stożkowych polegało na nacisku na pedał sprzęgła w celu pokonania oporu sprężyny spiralnej. W ciężkich pojazdach drogowych ( samochody ciężarowe i autobusy) często stosowane były wzmocnione warianty sprzęgieł stożkowych np. z dwoma parami współosiowo umiejscowionych stożków, stożki których powierzchnia robocza wykonywana była z żeliwa (np. w pierwszych seryjnie produkowanych polskich ciężarówkach Ursus), a także stożki pracujące w kąpieli olejowej (tzw. mokre sprzęgła stożkowe).

 

Konstrukcje sprzęgieł stożkowych stosowane były powszechnie przez producentów samochodów praktycznie od początków dziejów samochodu, aż do połowy lat 20. minionego stulecia kiedy na skutek kolejnego wynalazku Herberta Frooda zaczęły trafiać do motoryzacyjnego lamusa.

 

W 1925 r. na rynku pojawił się „Feroazbest” nowy, dowolnie formowany materiał o grubości ok. 4-6 mm i współczynniku tarcia ok. 0,2 – 0,4, który praktyczne do ostatniej dekady XX w. całkowicie wyparł inne stosowane do produkcji okładzin ciernych dotąd materiały. To głównie dzięki temu wynalazkowi zaczęła się również trwająca do dziś era sprzęgieł tarczowych.

 

Druga część historii rozwoju sprzęgieł – TUTAJ

 

Zdjęcia z archiwum autora

Zobacz podobne

Szanowny Czytelniku

Zgodnie z Rozporządzeniem Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) z dnia 27 kwietnia 2016 r. w sprawie ochrony osób fizycznych w związku z przetwarzaniem danych osobowych i w sprawie swobodnego przepływu takich danych oraz uchylenia dyrektywy 95/46/WE (ogólne rozporządzenie o ochronie danych) informujemy Cię o przetwarzaniu Twoich danych.

Administratorem danych jest Proautomotive Sp. z o.o., 39 - 200 Dębica, ul. Kolejowa 28. Chodzi o dane, które są zbierane w ramach korzystania przez Ciebie z naszych usług, w tym stron internetowych, newsletterów i innych funkcjonalności udostępnianych przez Proautomotive Sp. z o.o., głównie zapisanych w plikach cookies i innych identyfikatorach internetowych, które są instalowane na naszych stronach przez nas oraz naszych zaufanych partnerów. Gromadzone dane są wykorzystywane wyłącznie w celach: świadczenia usług drogą elektroniczną wykrywania nadużyć w usługach pomiarów statystycznych i udoskonalenia usług

Osoba, której dane dotyczą, ma prawo dostępu do danych, sprostowania i usunięcia danych, ograniczenia ich przetwarzania. Osoba może też wycofać zgodę na przetwarzanie danych osobowych. Wszelkie zgłoszenia dotyczące ochrony danych osobowych prosimy kierować na adres biuro@motofaktor.pl lub pisemnie na adres Proautomotive Sp. z o.o., 39 - 200 Dębica, ul. Kolejowa 28 z dopiskiem "ochrona danych osobowych".

Więcej o zasadach przetwarzania danych osobowych i przysługujących Użytkownikowi prawach znajduje się w Polityce prywatności.

Zapisz się na newsletter główny

Chcę otrzymywać wiadomości e-mail (W każdej chwili możesz zrezygnować z subskrybcji).

 

To był tydzień!

Chcę otrzymywać wiadomości e-mail (W każdej chwili możesz zrezygnować z subskrybcji).

 

Strefa Ciężka

Chcę otrzymywać wiadomości e-mail (W każdej chwili możesz zrezygnować z subskrybcji).