Zastosowanie przegubów równobieżnych w półosiach napędowych kół kierowanych jest we współczesnych samochodach wymogiem oczywistym. Dla uzyskania wymaganego komfortu jazdy należy likwidować wszelkie źródła drgań, a te występują często właśnie podczas przeniesienia napędu z silnika do napędzanych kół jezdnych. Przy zawieszonych niezależnie kołach jezdnych, które jednocześnie są kołami skrętnymi układu kierowniczego równomierność prędkości kątowej ma bardzo ważne znaczenie. Zastosowanie dwóch przegubów kulowych Birfielda zapewnia uzyskanie pożądanego efektu. Przeguby te przedstawiłem w pierwszej części artykułu. Jednak nie wszyscy producenci w swoich pojazdach te przeguby stosują. W samochodach francuskich często stosowane są równobieżne przeguby trójramienne, które – chociaż nazywane równobieżnymi – takimi całkowicie nie są. Wynika to stąd, że nie spełniają podstawowej zasady mówiącej, że płaszczyzna homokinetyczna musi dzielić kąt załamania przegubu zawsze dokładnie na połowę. W omawianym przegubie płaszczyzna przebiegająca przez osie symetrii trzech ramion, na których osadzone są sferyczne pierścienie, ustawiona jest zawsze prostopadle do jednej części półosi. Oznacza to, że przy założonej stałej prędkości kątowej wału wejściowego wał wyjściowy wykazuje pewne, niewielkie wprawdzie, ale występujące wahania prędkości kątowej. Aby temu niekorzystnemu zjawisku przeciwdziałać, zastosowano takie ustawienie płaszczyzn homokinetycznych kolejnych części dwuprzegubowej półosi, które powoduje ponowne uzyskanie równomierności prędkości kątowej ostatniego elementu półosi. Ze środkową półosią główną – centralną, na sztywno związany jest tylko jeden element trójramienny, drugi - w sąsiednim przegubie należy do końcowej części półosi i zamontowany jest na sztywno w obudowie przegubu. Takie przeciwstawne rodzaje przegubów przedstawione są na rysunkach 1 i 2.
<2-01.jpg>
<2-02.jpg>
Zazwyczaj przegub, w którym trójramienna piasta zamocowana jest na stałe do centralnej części półosi znajduje się od strony mechanizmu różnicowego.
Ruch półosi napędowej zgodny z pracą zawieszenia wymusza konieczność stosowania dla niej kompensacji wzdłużnej. Realizowana jest ona poprzez odpowiednią budowę przegubu, stąd też wśród przegubów trójramiennych można wyróżnić następujące typy konstrukcji:
n Przeguby bez kompensacji wzdłużnej typu GE. Przeguby upowszechnione przez firmę Glaenzer Spicer. Umożliwiają synchroniczne przenoszenie ruchu przy kątach załamania do 45°. Oznacza to, że kierowane koło jezdne może obracać się bezpiecznie wokół osi zwrotnicy od jednego do drugiego skrajnego położenia o kąt 90°. Trójramienna piasta wraz ze sferycznymi pierścieniami zamocowana jest na stałe w obudowie przegubu i współpracuje z końcówką półosi w kształcie kielicha z wycięciami na pierścienie. W osi symetrii obu części przegubu znajduje się zderzak
w kształcie grzybka odpychany sprężyną, a niezmienność wzajemnego położenia elementów przegubu zapewnia trójramienne zabezpieczenie ze sprężystej blachy. Taki przegub pokazuje rysunek 2, a w stanie zmontowanym wraz
z osłoną elastyczną – rysunek 3.
<2-03.jpg>
n Przeguby z kompensacją wzdłużną (nurnikowe) typu GI. Maksymalny kąt załamania do 25°. Maksymalna kompensacja wzdłużna do 55 mm. Osadzenie trzech sferycznych rolek na łożyskach igiełkowych zapewnia wysoką sprawność ze względu na małe tarcie mechaniczne. Kombinacja dwóch przegubów typu GE i GI doskonale rozwiązuje napęd przednich niezależnie zawieszonych kół kierowanych. W przypadku zastosowania dwóch przegubów typu GI można wprowadzić napęd do niezależnie zawieszonych kół tylnych. Przegub z kompensacją wzdłużną przedstawia rysunek 1.
n Przeguby z kompensacją wzdłużną (nurnikowe) typu Triplan. Maksymalny kąt załamania i kompensacja wzdłużna podobnie, jak w przegubie typu GI. Sferycznie ukształtowane ramiona są ułożyskowane na odpowiednich powierzchniach sferycznych prowadnic, które z zewnętrzną częścią przegubu są połączone poprzez kulki lub igiełki. Ze względu na tarcie toczne siły przesuwne są bardzo małe. Dzięki temu przegub ten nie przenosi drgań wzdłużnych i zapewnia pracę bez wibracji. Widoczny na rysunku 4.
<2-04.jpg>
Przy omawianiu przegubowych półosi napędowych współcześnie produkowanych samochodów osobowych warto również wspomnieć o sposobach ich mocowania w układzie napędowym. W zależności od konstrukcji pojazdu, miejsca zastosowania i rodzaju napędu przeguby synchroniczne mogą mieć różne zakończenia, przedstawione na rysunku 5.
<2-05.jpg>
Najczęściej spotykane to końcówki:
- w postaci czopów z wielowypustami, a od strony koła jezdnego również końcówką gwintowaną;
- złącza kołnierzowe będące elementem samego przegubu;
- złącza tarczowe ze śrubami. Przegub osadzony jest wielowypustowo na półosi i przykręcany za pomocą śrub specjalnych do tarczy zabierakowej związanej z kołem koronowym mechanizmu różnicowego;
- układ kombinowany – piasta i czop.
W niektórych rozwiązaniach zakończenie półosi napędowej stanowi element przegubu. Odpowiednio ukształtowana końcówka wprowadzona jest do wydrążenia koła koronowego. Takie rozwiązanie zastosowano w układzie napędowym samochodu Fiat 126.
W układach napędowych pojazdów mają zastosowanie również inne, niż wymienione wyżej konstrukcje. Rozwiązaniem bardzo starym i wycofanym już z użycia jest przegub zawiasowy stosowany w samochodach dziś uznanych niemal za zabytkowe - w Syrenach i Wartburgach. Przegub przedstawiono na rysunku 6.
<2-06.jpg>
<2-07.jpg>
<2-08.jpg>
Dwie części półosi napędowej spłaszczone na końcach posiadają tak ukształtowane zakończenia, które umożliwiają przecinanie się ich osi symetrii w środku przegubu niezależnie od kąta załamania. Spłaszczone zakończenia obejmowane są przez centralny element przegubu składający się z dwóch części połączonych sworzniami. Przegub do półosi przytwierdzony jest sworzniami umożliwiającymi wahliwe połączenie. Ponieważ półoś od strony mechanizmu różnicowego posiada przegub asynchroniczny (krzyżakowy), to dla uzyskania jak największej synchroniczności prędkości kątowej widełki przegubu krzyżakowego należące do półosi ustawiano w jednej płaszczyźnie z jej płaskim zakończeniem współpracującym z przegubem zawiasowym. Zdolność przegubu zawiasowego do przenoszenia obciążeń skręcających jest dość ograniczona, stąd maksymalny kąt załamania przegubu to około 35° pod warunkiem utrzymywania stałej wartości przenoszonego momentu obrotowego. Kompensację wzdłużną półosi uzyskiwano na wielowypustowym połączeniu przegubu krzyżakowego z półosią napędową.
W samochodach terenowych i ciężarowych przystosowanych do poruszania się w ciężkim terenie, a posiadających sztywny przedni most napędowy zastosowanie mają przeguby równobieżne Weissa, krzyżakowe i dwukrzyżakowe Kardana. Przegub kulowy Weissa przedstawiono na rysunku 7.
Cztery kule przenoszące moment obrotowy toczą się w odpowiednio ukształ-towanych prowadnicach wykonanych w widełkach części napędzającej i napędzanej przegubu. Prowadnice ukształtowane są w ten sposób, że przy względnym przesunięciu widełek kule ustawiają się tak, że płaszczyzna homokinetyczna spełnia warunek równobieżności przegubu. Dzięki temu prędkość kątowa wału napędzanego jest zawsze niezmienna. Piąta kula z dodatkowym otworem służy do środkowania widełek. Ustala się ją w określonym położeniu za pomocą kołka wsuniętego jednym końcem w kanał widełek, a drugim w otwór kulki. Kołek ten jest zabezpieczony dodatkowym kołeczkiem prostopadłym do osi wałów. Dzięki piątej kuli osie symetrii wałów niezależnie od kąta ich załamania przecinają się w jednym punkcie leżącym na płaszczyźnie homokinetycznej.
<2-09.jpg>
<2-10.jpg>
<2-11.jpg>
Przegub Weissa pracuje prawidłowo przy kącie załamania nie przekraczającym 35°, nie realizuje ponadto kompensacji wzdłużnej półosi napędowej. Jego rzeczywisty wygląd wraz z obsadą łożysk mocowaną w zwrotnicy przedstawia rysunek 8.
Przeguby krzyżakowe jako asynchroniczne wykazują znaczną nierównomierność prędkości kątowej, stąd zastosowanie ich do napędu w mostach napędowych kół kierowanych jest ograniczone. Na rysunku 9 przedstawiony został sztywny most napędowy ze zwrotnicą, napędzany pojedynczym przegubem krzyżakowym.
Należy zwrócić uwagę na wzajemne usytuowanie przegubu i osi sworznia zwrotnicy. Oś symetrii sworznia zwrotnicy przebiega przez środek przegubu. Zapewnia to obrót elementów wirujących (półosi wejściowej i wyjściowej) zawsze dookoła swojej osi symetrii niezależnie od kąta skrętu zwrotnicy. Rozwiązanie takie nie zapewnia jednak równobieżności napędzanego koła jezdnego przy pokonywaniu zakrętów. Nierównomierności charakterystyki pojedynczego przegubu krzyżakowego można uniknąć stosując bądź przeguby kulowe omówione wyżej, albo stosując przegub dwukrzyżakowy. Rysunek 10 przedstawia takie rozwiązanie zastosowane w polskim samochodzie terenowym Honker.
Tutaj oś symetrii sworznia zwrotnicy przebiega przez środek podwójnych widełek przegubu. Sama konstrukcja przegubu dwukrzyżakowego zapewnia w mostach napędowych kół kierowanych uzyskanie równobieżności półosi napędowej załamywanej w jednej płaszczyźnie, a więc taki przegub doskonale nadaje się do pracy w sztywnych kierowanych mostach napędowych.
Dla porządku omawiania zagadnienia należy wspomnieć, że do grupy przegubów synchronicznych należy również przegub Tracta, nie omawiany ze względu na brak zastosowania we współczesnych konstrukcjach układów napędowych pojazdów. Przedstawiono go na rysunku 11.
Opracował:
mgr inż. Ireneusz Kulczyk
Zespół Szkół Samochodowych
w Bydgoszczy
Fotografie wykonane przez autora
http://www.zsskmmm.prv.pl
Komentarze (1)