Ważnym elementem mechanicznej skrzyni biegów jest sprzęgło, które służy do chwilowego odłączenia silnika od skrzyni biegów. Dodatkowo sprzęgło działa jak amortyzator, który chroni silnik przed przeciążeniami.
Wynalezienie mechanizmu sprzęgła
Wynalezienie mechanizmu sprzęgła przypisuje się Karlowi Benzowi. Czy to prawda, czy nie, nie można wiarygodnie ustalić: kilka firm jednocześnie zajmowało się produkcją i ulepszaniem pierwszych samochodów w XIX wieku, a wszystkie śledziły ich rozwój, jak mówią, „łeb w łeb”. Najstarszym typem sprzęgła, rozpowszechnionym w większości samochodów pod koniec XIX i na początku XX wieku, było sprzęgło stożkowe. Jego powierzchnie cierne były zwężone. Takie sprzęgło przekazywało większy moment obrotowy, przy tych samych wymiarach, w porównaniu z obecnym jednotarczowym, było niezwykle proste w swojej budowie i pielęgnacji.
Ciężka, stożkowa tarcza tego typu sprzęgła posiadała dużą bezwładność i podczas zmiany biegów po wciśnięciu pedału nadal obracała się na wolnych obrotach, co utrudniało włączenie biegu. Do hamowania tarczy sprzęgłowej zastosowano specjalny zespół - hamulec sprzęgłowy, ale jego użycie było tylko połową rozwiązania problemu, podobnie jak wymiana jednego stożka na dwa mniej masywne. W efekcie już w latach 20. całkowicie zrezygnowano z tak ciężkiej i nieporęcznej (dla której użycie wymaga znacznego wysiłku mięśniowego) konstrukcji, jak sprzęgło stożkowe. Istniało również sprzęgło odwróconego stożka, które pracowało nad rozszerzeniem.
Sama zasada tego mechanizmu znalazła nowe ucieleśnienie w konstrukcji nowoczesnych skrzyń biegów z synchronizatorami. Synchronizatory skrzyni biegów to zasadniczo małe stożkowe sprzęgła, które działają poprzez pocieranie brązu (lub innego metalu o wysokim tarciu) o stal.
Zasada działania mechanizmu
W działanie zespołu sprzęgła biorą udział następujące główne części:
- koło zamachowe sztywno przymocowane do wału korbowego jednostki napędowej;
- 2 tarcze - dociskowe i napędzane, które tworzą mechanizm cierny;
- obudowa;
- sprężyny naciskowe;
- łożysko;
- sprężyna membranowa w postaci koncentrycznych dźwigni;
- widelec;
- siłownik hydrauliczny napędu, który jest uruchamiany po wciśnięciu pedału.
Najbardziej prymitywny mechanizm, jaki zastosowano w ubiegłym wieku, nie zawierał cylindra hydraulicznego, co znacznie ułatwia pracę kierowcy. Zamiast tego był mechaniczny napęd kablowy.
Tarcza napędowa (tzw. kosz) jest przykręcona do koła zamachowego i obraca się wraz z nim. Normalny stan sprzęgła, gdy pedał jest wciśnięty, to „podłączony”. Oznacza to, że wał korbowy silnika i główna skrzynia biegów są połączone za pomocą tarczy dociskanej sprężyną do płaszczyzny koła zamachowego.
Po naciśnięciu pedału urządzenie działa zgodnie z następującym algorytmem:
- Poprzez płyn hamulcowy siła przenoszona jest na siłownik hydrauliczny, który popycha widły.
- Widelec naciska na łożysko i popycha koncentryczne dźwignie, których końce stykają się z płytą dociskową.
- Końce dźwigni są odciągane i zwalniają tarczę, w wyniku czego połączenie między wałami jest zerwane, podczas gdy obracający się wał korbowy nie obraca kół zębatych skrzyni.
- Kiedy musisz odjechać, stopniowo zwalniasz pedał. Łożysko zwalnia dźwignie, które pod wpływem sprężyn naciskają na tarczę. Ten ostatni jest dociskany do koła zamachowego powierzchnią cierną i samochód płynnie porusza się do przodu.
- Algorytm jest powtarzany przy każdej zmianie biegu.
Odmiany węzłów
Istniejące konstrukcje sprzęgieł dzielą się na następujące typy:
- według liczby powierzchni ciernych: jedno- i wielotarczowe;
- metodą sterowania: mechaniczną, serwomotoryczną i hydrauliczną;
- środowisko pracy - suche i mokre.
System wielotarczowy jest realizowany razem z silnikami dużej mocy. Powód jest następujący: jedna grupa okładzin ciernych jest trudna do zniesienia zwiększonych obciążeń i dość szybko się zużywa. Dzięki konstrukcji z dwoma tarczami oddzielonymi przekładką, duży moment obrotowy jest równomiernie rozłożony na 2 grupy klocków (ściskanie następuje jednocześnie). Zmniejszenie obciążenia jednostkowego zwiększa żywotność urządzenia.
Mechaniczny
Konstrukcja sprzęgła mechanicznego to zwykle jedna lub więcej tarcz ciernych, które są ściskane kołem zamachowym lub między sobą za pomocą sprężyn. Sprzęgło mechaniczne napędzane jest linką.
Koło zamachowe jest przykręcone do wału korbowego silnika. Jest używany jako napęd główny.
Obecnie powszechnie stosuje się dwumasowe koło zamachowe, które stabilizuje moment obrotowy na wale. Obie części są połączone ze sobą sprężynami.
Kosz jest typu ciśnieniowego (płatki przesuwają się do wewnątrz, w kierunku koła zamachowego) i typu wydechowego (na przykład w niektórych modelach francuskich). Każdy typ ma swoje własne łożysko wyciskowe. Kosz jest przykręcony do koła zamachowego.
Napędzana tarcza wchodzi w wielowypusty wału skrzynkowego i może się po nich poruszać. Sprężyny amortyzatorów talerzowych pełnią funkcję wygładzania drgań podczas zmiany biegów.
Podkładki cierne są przynitowane do podstawy napędzanej tarczy. Wykonane są z materiału kompozytowego: częściej - z nici Kevlaru lub włókna węglowego, czasem - z ceramiki. Szczególnie trwałe są okładziny cermetalowe. Są zaprojektowane tak, aby przez krótki czas wytrzymywać temperatury do 600°C.
Łożysko wyciskowe jest przymocowane do obudowy ochronnej i posiada podkładkę wyciskową. Znajduje się na wale wejściowym.
Zasada działania
Koło zamachowe jest przymocowane do wału korbowego silnika i działa jako tarcza napędowa. Dodatkowo jest „koszyk” (czyli tarcza dociskowa) oraz tarcza sprzęgła (z okładzinami ciernymi). „Koszyk” dociska napędzaną tarczę do koła zamachowego, co przyczynia się do przeniesienia momentu obrotowego na skrzynię biegów z silnika.
Płyta dociskowa ma okrągły kształt z promieniową podstawą i jest ściśle połączona z kołem zamachowym. Zawiera sprężyny zwalniające typu płatkowego, które współdziałają z podkładką dociskową. Rozmiar podkładki odpowiada średnicy koła zamachowego. Napędzana tarcza znajduje się między platformą a kołem zamachowym. Łożysko wyciskowe dociska sprężyny wyciskowe w środku tarczy wyciskowej. Ruch od wciśnięcia pedału sprzęgła przechodzi przez linkę dalej do widełek zwalniających i już przesuwa łożysko zwalniające. Pośrodku tarczy łożysko naciska na sprężyny zwalniające. W rezultacie platforma nie wchodzi w kontakt z napędzaną tarczą.
Hydrauliczny
Sprzęgło hydrauliczne to hydrauliczne sprzęgło mechaniczne.
Głównymi elementami są przede wszystkim cylindry: główny i roboczy. Jeśli pedał sprzęgła zostanie wciśnięty, wówczas drążek głównego cylindra hydraulicznego odpowiednio się poruszy. Powstałe ciśnienie przechodzi przez rurkę do siłownika podrzędnego, który przesuwa widełki zwalniające, a to przesuwa łożysko.
Dwudyskowy
Sprzęgło to jest stosowane w ciężkich samochodach ciężarowych, ciągnikach, czołgach, niektórych motocyklach i samochodach sportowych.
Jest używany, gdy występują nadmierne momenty obrotowe. Jego montaż zapewnia dłuższą żywotność zastosowanych elementów konstrukcyjnych.
Wykorzystuje 2 napędzane dyski, a „kosz” ma dwie powierzchnie robocze. Do projektu dodano synchroniczny system kontroli prasowania.
Mokre tarcie
Mechanizmy tego sprzęgła spełniają swoje funkcje w środowisku olejowym.
Stosowany jest w motocyklach wyposażonych w silnik poprzeczny.
Wynika to z cech konstrukcyjnych samych silników motocyklowych. Tutaj używana jest ta sama skrzynia korbowa: zarówno do skrzyni biegów, jak i silnika.
Zasada działania. Trzpień, który przechodzi przez wał drążony skrzyni biegów, wysyła ruch posuwisto-zwrotny z linki dźwigni sprzęgła.
Rolę łożyska wyciskowego pełni kulka na końcu pręta. Działa na grzyba. W rezultacie płyta dociskowa jest cofnięta, ściskanie między pakietem tarcz jest osłabione, wałek przekładni przestaje się obracać.
Elektryczny
Konstruktywną różnicą między systemem elektrycznym a mechanicznym jest silnik elektryczny. Włącza się, gdy pedał sprzęgła jest wciśnięty. Silnik elektryczny porusza linką i już przesuwa łożysko wyciskowe przez wahacz.
Częste awarie
Najczęściej w mechanizmie sprzęgła występują następujące problemy:
- wyciek mankietu cylindra hydraulicznego;
- krytyczne zużycie okładzin ciernych;
- osłabienie sprężyny talerzowej;
- smarowanie i ślizganie się napędzanego dysku;
- złamanie lub zacięcie wtyczki.
Dopiero pierwsza usterka związana z wyciekiem płynu hamulcowego pozwala bez problemu dostać się do serwisu samochodowego. W innych przypadkach sprzęgło może się nie włączyć i nie będziesz mógł jechać dalej.
