24) Sprzęgła tarczowe cierne i ich elementy.doc

8

POD.NAD-TS-3

Lekcja 24

Temat: Sprzęgła tarczowe cierne i ich elementy

Sprzęgła tarczowe cierne są najczęściej stosowane w samochodach. Schemat budowy sprzęgła tarczowego ciernego oraz przeniesienia momentu obrotowego przedstawia rys.24.1.

Rys.24.1 Schemat: a) budowy sprzęgła: 1 – obudowa docisku sprzęgła, 2 – łożysko wycisku sprzęgła,
3 – wałek sprzęgłowy skrzyni biegów, 4 – tarcza sprzęgła, 5 – tarcza dociskowa, 6 – sprężyny (liczba sprężyn 6, 8, 12), 7 – koło zamachowe, b) przenoszenia momentu obrotowego z wału silnika do układu napędowego, c) sił tarcia na powierzchniach par trących elementów sprzęgła przenoszących moment obrotowy

W tego typu sprzęgłach moment obrotowy przenoszony jest przez siłę tarcia rys.24.1c, którą wyznaczyć możemy z zależności

gdzie:

- siła nacisku tarczy dociskowej na tarczę sprzęgła (sumaryczna siła nacisku sprężyn),

- pole powierzchni okładziny ciernej tarczy sprzęgłowej,

- średnica zewnętrzna pierścienia okładziny ciernej tarczy sprzęgłowej,

- średnica wewnętrzna pierścienia okładziny ciernej tarczy sprzęgłowej,

- nacisk jednostkowy par trących,

- współczynnik tarcia poślizgowego pary ciernej,

Stad wartość siły tarcia wynosi

W rzeczywistości moment obrotowy jest przekazywany za pośrednictwem dwóch elementów to jest koła zamachowego i tarczy dociskowej, która osadzona jest w obudowie sprzęgła.

Obudowa sprzęgła przykręcona jest śrubami obwodowo do koła zamachowego.

Między kołem zamachowym a tarczą docisku znajduje się tarcza sprzęgła, która osadzona jest na wałku sprzęgłowym skrzyni biegów za pośrednictwem piasty z wielowypustem.

Wzajemny docisk współpracujących elementów sprzęgła uzyskuje się za pomocą sprężyny talerzowej umieszczonej centralnie lub sprężyn śrubowych walcowych pojedynczych lub podwójnych.

Wartość przenoszonego momentu obrotowego przez sprzęgło bez poślizgu zależy od wartości momentu sił tarcia. Siły tarcia działają między powierzchniami trącymi elementów, które ze sobą współpracują.

Moment tarcia uzyskany na parach powierzchni trących (rys.24.1 , dwie płaszczyzny tarcz współpracujących) można wyznaczyć z zależności

gdzie:

- średni promień tarcia pierścienia okładziny ciernej,

- promień zewnętrzny pierścienia okładziny ciernej tarczy sprzęgłowej,

- promień wewnętrzny pierścienia okładziny ciernej tarczy sprzęgłowej,

Podczas normalnej pracy sprzęgła w celu jego zabezpieczenia przed poślizgiem wymaga się, aby maksymalny moment tarcia był większy od maksymalnego momentu obrotowego silnika i wynosił

gdzie: - współczynnik zapasu sprzęgła powinien być dostatecznie duży, aby przez cały okres procesu eksploatacji, niezależnie od osiadania sprężyn dociskowych i zużycia okładzin, sprzęgło mogło przenosić bez poślizgu maksymalny moment obrotowy silnika.

Wartość współczynnika zapasu sprzęgła przyjmuje się w granicach 1,3¸1,8 dla samochodów osobowych, 1,5¸2,0(2,5) dla samochodów ciężarowych (wartość w nawiasie odnosi się do samochodów ciężarowych dużych pracujących z przyczepami).

Zbyt duże wartości współczynnika zapasu sprzęgła są niekorzystne ze względu na zabezpieczenie elementów układu napędowego przed zbyt dużymi przeciążeniami, które występują w postaci momentu skręcającego.

Współczynnik tarcia poślizgowego pary ciernej (koło zamachowe – okładzina tarczy sprzęgła, okładzina tarczy sprzęgła – tarcza docisku sprzęgła) powinien byś w jak najmniejszym stopniu zależny od: prędkości poślizgu, temperatury, zanieczyszczenia wodą lub olejem.

Liczba par powierzchni trących równa jest podwójnej liczbie elementów napędzających dla sprzęgła jednotarczowego , dla sprzęgła dwutarczowego .

Siłę docisku (nacisku tarczy dociskowej na powierzchnie okładzin tarczy sprzęgłowej)konieczną do uzyskania momentu tarcia oblicza się z zależności

stąd

Wartość tej siły nie powinna być przekroczona podczas całego okresu eksploatacji. Przy zbyt dużej sile występuje prawdopodobieństwo uszkodzenia układu napędowego, natomiast przy zbyt małej prawdopodobieństwo ślizgania tarczy sprzęgłowej podczas przenoszenia momentu obrotowego
w zakresie jego wartości maksymalnej.

Na rys.24.2 przedstawiono konstrukcję suchego jedno i dwutarczowego sprzęgła ciernego ze śrubowymi sprężynami walcowymi oraz charakterystykę śrubowej sprężyny walcowej.

Rys.24.2 Budowa sprzęgła: a) i b) jednotarczowego ze śrubowymi sprężynami dociskowymi, c) dwutarczowego ze sprężynami śrubowymi d) charakterystyka sprężyny śrubowo walcowej

Między płaszczyzną koła zamachowego a płaszczyzną tarczy docisku znajduje się tarcza sprzęgła
z przynitowanymi lub przyklejonymi okładzinami ciernymi, osadzona jest ona za pośrednictwem piasty z wielowypustem na wałku sprzęgłowym skrzyni biegów. Tarcza docisku wywiera nacisk na tarczę sprzęgła dociskając ją do płaszczyzny koła zamachowego. Nacisk tarczy docisku na tarczę sprzęgła spowodowany jest przez ściśnięte sprężyny, które umieszczone są obwodowo między tarczą docisku
a jej obudową. Siła docisku tarczy sprzęgła do koła zamachowego zależy od wielkości ugięcia sprężyn (charakterystyki sprężyny , - ugięcie sprężyny) rys 24.2.d. Ugięcie sprężyn następuje podczas przykręcania obudowy tarczy docisku do koła zamachowego silnika. Wielkość ugięcia sprężyn zależy od odległości płaszczyzny tarczy docisku od płaszczyzny koła zamachowego, ale również od grubości okładzin ciernych tarczy sprzęgła. Obudowa sprzęgła przykręcona jest śrubami rozmieszczonymi na obwodzie rys.24.2.a do koła zamachowego silnika.

Na rysunku 24.2.c przedstawiono dwutarczowe suche sprzęgło cierne z obwodowo rozmieszczonymi śrubowymi sprężynami dociskowymi. Zasadnicza różnica między sprzęgłem przedstawionym na rys.24.2.c (dwutarczowym), a sprzęgłem przedstawionym na rys.24.2.b (jednotarczowym) polega na tym, że to pierwsze (dwutarczowe) na wałku sprzęgła ma umieszczone dwie tarcze sprzęgła, między którymi znajduje się tarcza docisku związana przesuwnie z kołem zamachowym silnika.

Zaletą takiego sprzęgła jest zdolność przenoszenia większego momentu obrotowego silnika (większa liczba par powierzchni ciernych) przy stosunkowo małej średnicy.

Wadą takiego sprzęgła jest gorsze odprowadzenie ciepła oraz konieczność stosowania dodatkowych elementów (druga tarcza sprzęgła, tarcza docisku między tarczami sprzęgła).

Na rys.24.3 przedstawiono budowę suchego sprzęgła ciernego jednotarczowego oraz charakterystykę sprężyny talerzowej.

Rys.24.3. Sprzęgło ze sprężyną talerzową: a) budowa sprzęgła, b) charakterystyka sprężyny talerzowej sprzęgła

Obecnie w pojazdach samochodowych najczęściej stosowane są sprzęgła mające element dociskowy
w formie pojedynczej centralnie umieszczonej sprężyny talerzowej rys.24.3.a. Sprężyna ta wykonana jest w kształcie płaskiego ściętego stożka rys.24.3.b o promieniowych nacięciach zakończonych otworami. W otwory te wchodzą sworznie, które łączą sprężynę z obudową tarczy docisku. Wartość siły potrzebnej do wyłączenia sprzęgła to jest odsunięcia tarczy docisku od koła zamachowego silnika w przypadku zastosowania sprężyny talerzowej jest prawie stała, co widać na charakterystyce sprężyny dociskowej gdzie - ugięcie sprężyny (na wykresie zakres na zużycie).

Zaletą takiego sprzęgła jest uproszczona konstrukcja, ponieważ sprężyna talerzowa spełnia jednocześnie zadanie dźwigienek odsuwających tarczę docisku od koła zamachowego silnika.

Wadą tego rozwiązania konstrukcyjnego jest trudniejsza technologia wykonania sprężyny talerzowej
o parametrach spełniających określone właściwości podczas pracy sprzęgła w przedziale zadanych obciążeń.

Na rysunku 24.4 przedstawiono najczęściej spotykane rozwiązanie konstrukcyjne zespołu dociskowego sprzęgła z centralnie umieszczoną sprężyną talerzową.

Tarcza docisku 2 połączona jest za pomocą trzech sprężyn płytkowych 7 rozmieszczonych obwodowo
z obudową docisku (na rys.24.4 widoczna jest jedna sprężyna płytkowa). Sprężyny płytkowe z jednej strony przynitowane są za pomocą nitów stalowych do obudowy zaś z drugiej strony są przynitowane za pomocą nitów jednostronnie zamkniętych do tarczy docisku.

Pierścienie oporowe są punktem przegięcia sprężyny talerzowej w kierunku koła zamachowego silnika, stanowią jej podparcie w obudowie sprzęgła w taki sposób, że sprężyna ta tworzy dźwignię dwustronnego działania.

Rys.24.4. Docisk sprzęgła ze sprężyną talerzową: 1 – obudowa docisku sprzęgła, 2 – tarcza docisku, 3 – sprężyna talerzowa, 4 – pierścień oporowy, 5 – sworzeń, 6 – nit, 7 – sprężyna płytkowa

Na rys.24.5 przedstawiono zasadę działania sprzęgła z centralną sprężyną talerzową oraz dwa położenia sprężyny – przy włączonym i wyłączonym sprzęgle.

Rys.24.5. Zasada działania sprzęgła pchanego z centralną sprężyną talerzową

Sprzęgło włączone; koniec dźwigni – średnica zewnętrzna sprężyny talerzowej wywiera odpowiednio duży nacisk na tarczę docisku, która dociska tarczę sprzęgła do koła zamachowego silnika. Powstały moment tarcia między członem czynnym i biernym sprzęgła pozwala przenieść moment obrotowy silnika z koła zamachowego na wałek sprzęgłowy skrzyni biegów.

Sprzęgło wyłączone w wyniku działania siły na dźwignie wycisku sprzęgła. Siła powoduje przesunięcie łożyska wycisku sprzęgła i nacisk na sprężynę talerzową. Przy odpowiednio dużej sile koniec dźwigni dwustronnej (średnica zewnętrzna sprężyny talerzowej) powoduje odsunięcie tarczy docisku od tarczy sprzęgła. W wyniku tego odsunięcia następuje przemieszczenie tarczy sprzęgła wzdłuż osi wałka sprzęgłowego. Powstały luzu między kołem zamachowym i tarczą sprzęgła od strony koła zamachowego, a tarczą i dociskiem sprzęgła od strony skrzyni biegów jest wystarczająco dużego, aby nastąpiło rozłączenie jednostki napędowej z układem napędowym.

Rozwiązania standardowe sprzęgieł ze sprężyną talerzową wraz ze wzrostem zużycia okładzin ciernych cechuje zmniejszenie siły docisku, wzrost siły nacisku na pedał sprzęgła podczas jego wyłączania. Spowodowane jest to zmianą ustawienia kątowego sprężyny talerzowej. Dlatego w tego typu sprzęgłach w nowych rozwiązaniach konstrukcyjnych zastosowano mechanizm samoregulacji SAC (ang. Self Adjusting Clutch – samo regulacja sprzęgła) rys.24.6. Mechanizm ten powoduje:

Ø  używanie niewielkiej siły wyłączania o stałej wartości w całym okresie użytkowania sprzęgła,

Ø  zachowanie kątowego ustawienia sprężyny talerzowej, takiego samego jak dla nowej tarczy,

Ø  zachowanie stałej wartości docisku tarczy sprzęgła do koła zamachowego silnika podczas zużywania okładzin ciernych tarczy,

Ø  większą jego trwałość dzięki samoczynnej regulacji w miarę zużycia okładzin ciernych.

Cechą charakterystyczną sprzęgła SAC o samoczynnej regulacji jest sposób osadzenia sprężyny talerzowej, który umożliwia jej osiowe przemieszczanie się w miarę zużycia okładzin ciernych. Sprężyna talerzowa nie jest sztywno przynitowana do obudowy tarczy docisku, lecz swobodnie osadzona między przestrzennym elementem sprężystym (czujnikiem przeciążenia 5) od strony tarczy docisku, a pierścieniem przestawnym (regulacyjnym 2) od strony obudowy tarczy docisku. Element sprężysty z jednej strony i pierścień regulacyjny z odpowiednio ukształtowaną powierzchnią z drugiej strony stanowią podparcie na obwodzie sprężyny talerzowej w obudowie tarczy sprzęgła w taki sposób, że sprężyna ta tworzy dźwignię dwustronnego działania. Punkt podparcia na obwodzie sprężyny talerzowej za pomocą tych dwóch elementów zastępuje pierścienie oporowe
w standardowym sprzęgle tarczowym i jednocześnie jest punktem przegięcia tej sprężyny w kierunku koła zamachowego silnika.

Czujnik przeciążenia ma kształt pierścienia, jest przestrzennym elementem sprężystym. Wykonany jest z blachy o tak dobranej sprężystości, aby nie ulegał odkształceniom pod wpływem siły wyłączającej sprzęgło - wartość, której odpowiada nowej tarczy o nie zużytych okładzinach ciernych.

Pierścień regulacyjny od strony obudowy na swoim obwodzie posiada wiele trapezowych ścięć, opierających się swobodnie na podobnych trapezowych występach po wewnętrznej stronie obudowy tarczy docisku. Pierścień ten posiada możliwość zmiany położenia kątowego po obwodzie względem obudowy tarczy docisku w miarę zużywania się okładzin ciernych tarczy sprzęgła, powodując jednocześnie poosiowe przemieszczenie sprężyny talerzowej.

Pierścień regulacyjny (przestawny) wykonany jest z tworzywa sztucznego, wprawiany jest w ruch obrotowy za pomocą obwodowo umieszczonych sprężyn śrubowych, które jednocześnie łączą go
z obudową tarczy docisku.

Podczas eksploatacji sprzęgła wraz ze wzrostem zużycia okładzin ciernych tarczy sprzęgła zmienia się kątowe ustawienie sprężyny talerzowej, które powoduje wzrost siły wyłączania sprzęgła. Dopóki siła wyłączania sprzęgła jest mniejsza od wartości siły koniecznej do wygięcia sprężystego pierścienia czujnika przeciążenia punkt przegięcia sprężyny pozostaje w tym samym miejscu. Systematyczne zwiększanie siły wyłączania sprzęgła na skutek zużycia okładzin ciernych powoduje po osiągnięciu przez tą siłę wartości większej od tzw. progu czułości przezwyciężenie oporu czujnika przeciążenia (siły sprężystości pierścienia oporowego) i jego przegięcie w wyniku, którego powstaje szczelina pomiędzy sprężyną talerzową i pierścieniem przestawnym (regulacyjnym). Powstały luz jest natychmiast kasowany przez obrót pierścienia przestawnego względem obudowy tarczy w wyniku działania sił sprężystości obwodowo umieszczonych sprężyn śrubowo walcowych łączących pierścień przestawny
z obudową docisku sprzęgła.

Proces regulacji (kasacji luzu w wyniku obrotu pierścienia przestawnego) trwa przez pewien okres czasu do chwili, w której siła wyłączająca zostanie ponownie zrównoważona przez siłę sprężystości czujnika przeciążenia. Obracający się pierścień przestawny podczas kasowania luzu zmienia swoje osiowe położenie (dzięki trapezowym wycięciom) i jednocześnie położenie punktu przegięcia sprężyny talerzowej bliżej koła zamachowego silnika. Po procesie regulacji sprężyna talerzowa uzyskuje położenie kątowe identyczne jak w sprzęgle nowym.

W sprzęgle SAC kompensacja zużycia okładzin ciernych zachodzi podczas każdego wyłączania sprzęgła, jeśli jego wartość przekroczy wartość dobranej elastyczności czujnika przeciążenia (tzw. progu czułości). Zaletą układu samoregulacji sprzęgła jest zmniejszenie siły potrzebnej do wyłączenia sprzęgła. Wadą tego układu jest zbyt duża różnica między wartością minimalną siły wyłączania podczas pełnego wciśnięcia pedału sprzęgła, a maksymalną wartością siły wyłączania w czasie rozpoczęcia procesu regulacji niepozwalającą dobrze „wyczuć” sprzęgła przez kierowcę. Sprzęgła tego typu stosowane są w samochodach, gdzie wystarczające jest zastosowanie tarczy sprzęgła o średnicy nieprzekraczającej 300 mm.

Wszystkie przedstawione do tej pory rozwiązania konstrukcyjne sprzęgieł mają jedną wspólną cechę a mianowicie ich wyłączanie następuje podczas ruchu łożyska wyciskowego w kierunku koła zamachowego. Są to tak zwane sprzęgła pchane. Zasadę działania tego ...