Fot. Atlantic Z Car, Diytrade, Pelican Parts, Trico Driveshaft Company,archiwum

Przegub elastyczny, usytuowanie w pojeździe

Dzięki elastycznym zawieszeniom napędzane koła samochodu przemieszczają się względem innych części jego układu napędowego, czemu odpowiadać musi konstrukcja kinematycznego sprzężenia tych elementów.

Przy klasycznym rozmieszczeniu zespołów układu napędowego w pojeździe moment obrotowy przekazywany jest ze skrzyni biegów, przymocowanej do konstrukcji nośnej pojazdu, na przekładnię główną, osadzoną wraz z mechanizmem różnicowym i łożyskami napędzanych kół w sztywnej obudowie, zwanej mostem napędowym. Służy do tego element pośredni w postaci wału napędowego, połączonego przegubowo z wałem wyjściowym skrzyni biegów i wałem zębnika przekładni głównej. 

Gdy sprężyste części zawieszenia uginają się na skutek przejeżdżania kół napędzanych przez nierówności drogi lub z powodu różnych obciążeń pojazdu, zmieniają się kąty tworzone przez geometryczne osie wszystkich tych trzech sprzężonych wałów, a zmiany te umożliwia konstrukcja przegubów. W trakcie wzajemnych przemieszczeń zmienia się także odległość pomiędzy skrzynią biegów a przekładnią główną, więc jeden z przegubów musi być osadzony na sztywnej części wału napędowego przesuwnie, za pomocą połączenia wielowypustowego. Dla zapewnienia stabilności pracy takiego systemu przeniesienia napędu przy większych prędkościach obrotowych stosuje się zamiast jednego wału napędowego dwa lub trzy, połączone wzdłużnie i podparte w miejscach połączeń dodatkowym łożyskowaniem.

W samochodach, w których skrzynia biegów zblokowana jest z przekładnią główną, napęd na oba koła przekazywany jest z mechanizmu różnicowego bliźniaczymi wałami napędowymi, nazywanymi półosiami. Każda półoś w takim układzie wyposażona jest w przeguby i element przesuwny, kompensujący zmiany geometryczne powodowane wzajemnym przemieszczaniem się zespołu napędowego i kół napędzanych. W starszych konstrukcjach pojazdów spotykało się półosie bez elementu przesuwnego i z jednym tylko przegubem w ich połączeniu z mechanizmem różnicowym. Rozwiązanie takie, choć tańsze i prostsze, uniemożliwiało jednak prawidłową współpracę bieżnika opony z nawierzchnią drogi, ponieważ w trakcie jazdy ustawicznie zmieniał się rozstaw kół i kąt ich pochylenia.

Budowa i działanie przegubów

Najstarszą tego rodzaju konstrukcją jest przegub krzyżakowy, zwany również przegubem Kardana, stosowany najczęściej we wzdłużnych wałach napędowych, a w starszych konstrukcjach półosi – tylko na ich końcach wewnętrznych, od strony mechanizmu różnicowego. Elementem umożliwiającym zmiany kątowego ustawienia połączonych wałów jest w nim sztywny, poprzecznie do nich ustawiony krzyżak. Końce jego przeciwległych ramion łożyskowane są ślizgowo lub (częściej) tocznie w widełkach osadzonych na łączonych wałach. Ze względów montażowych zwykle jedne widełki łączy się trwale z pozostałą częścią pierwszego wału, a drugie – z drugim wałem za pomocą kołnierza lub przesuwnego wielowypustu.

Wadą przegubów krzyżakowych jest cyklicznie zmienna wartość przenoszonego przez nie momentu obrotowego (dająca się częściowo zniwelować dzięki zastosowaniu na jednym wale pary identycznych przegubów), a także stosunkowo niewielki dopuszczalny kąt wzajemnego odchylenia łączonych nimi wałów. Z tych powodów nie nadają się one do przekazywania napędu z zewnętrznych końców półosi na skrętne koła kierowane. Do tego celu stosowane są wynalezione znacznie później przeguby synchroniczne, których konstrukcja może umożliwiać tylko przekazywanie momentu obrotowego, albo też równocześnie wspomnianą już kompensację wzdłużną wału lub półosi. W obu tych odmianach spotyka się różne rozwiązania, umożliwiające zmiany kątowej współpracy wałów.

W przegubie kulowym bez kompensacji wzdłużnej elementem przenoszącym siły są kule dające się przetaczać w poprzecznych, rowkowych bieżniach, uformowanych w wewnętrznej piaście i zewnętrznej obudowie. Maksymalny kąt wzajemnego odchylenia osi obrotu wynosi w takiej konstrukcji od 22 do 50°. Pomiędzy piastą a obudową zewnętrzną umieszczony jest koszyk służący do odpowiedniego prowadzenia kulek w bieżniach. Wzdłużny kształt bieżni może być łukowy lub eliptyczny.

Zdolnością kompensacji wzdłużnej w zakresie do 55 mm odznaczają się przeguby z bieżniami prostymi, występujące w wersji dwuramiennej z tzw. kamieniami i trójramiennej - z tocznie łożyskowanymi rolkami. Obie stosowane są na wewnętrznych końcach półosi.

Wersję dwuramienną tworzy umieszczony na końcu półosi poprzeczny sworzeń o okrągłym przekroju. Jego końce współpracują ślizgowo z centralnymi otworami kwadratowych elementów, zwanych kamieniami, co pozwala na zmiany kąta pomiędzy przegubowo połączonymi wałami. Kamienie z kolei mają możliwość wzdłużnego przesuwania się w szczelinowych prowadnicach obudowy przegubu, co stanowi funkcję kompensacji długości półosi. Wersja trójramienna, nazywana przegubem garnkowym, działa podobnie, z tą jednak różnicą, że obudowa ma trzy szczelinowe prowadnice, rozmieszczone co 120°, a zamiast kwadratowych kamieni współpracują z nimi przesuwnie trzy tocznie łożyskowane rolki. Spotyka się także, choć raczej rzadko, konstrukcje dwuramienne z tocznie łożyskowanymi rolkami.

W specjalnych konstrukcjach wałów napędowych, pracujących z prędkościami rzędu 9000 obr./min., stosowane są tzw. przeguby szybkobieżne z kompensacją wzdłużną o maksymalnym kącie odchylenia poniżej 10°. Zapewniają one pełną synchroniczność przenoszenia napędu, czyli bardzo niski poziom drgań własnych. Podobne zastosowania mają przeguby elastyczne, w których do przenoszenia sił pomiędzy synchronicznie obracającymi się częściami służą elementy wykonane z gumy zbrojonej kordem nylonowym. Przeguby gumowe umożliwiają przenoszenie momentu obrotowego przy kącie do 8°, ale odznaczają się korzystną właściwością tłumienia drgań i skokowych zmian wartości przenoszonego momentu, a także (w niewielkim zakresie) zdolnością kompensacji bez stosowania przesuwnych połączeń wielowypustowych.

Półosie bez przegubów

Konstrukcja półosi uzależniona jest od ich usytuowania w układzie przeniesienia napędu. Nie wymaga więc stosowania jakichkolwiek przegubów półoś łącząca elementy o stabilnym wzajemnym położeniu. Tak jest w przypadku półosi pracujących wewnątrz sztywnych mostów napędowych, a także tzw. półosi krótkich, umieszczonych wewnątrz piast napędzanych kół.

Oba te rodzaje półosi mogą funkcjonować jako:

• obciążone, czyli pełniące równocześnie funkcję zamocowania koła (półoś przenosi zarówno moment obrotowy, jak i wszelkie obciążenia statyczne lub dynamiczne);
• odciążone, czyli służące wyłącznie do obracania koła o niezależnie łożyskowanej piaście;
• półodciążone, czyli przekazujące moment obrotowy i przenoszące część obciążeń koła wespół z jego dodatkowym łożyskowaniem w wahaczu, moście na pędowym lub zwrotnicy.

Tweet

Andrzej Kowalewski
Prezes zarządu Launch Polska sp. z o.o.