Fot. Schaeffler

Przekrój współczesnej tarczy sprzęgłowej (LuK)

Wzrost mocy i szybkobieżności silników spalinowych, a z drugiej strony rosnące wymagania użytkowników pojazdów samochodowych – stały się przyczyną konstruowania coraz bardziej skomplikowanych sprzęgieł.

Techniczna ewolucja dotyczyła zarówno zasad działania całego sprzęgła, jak i poszczególnych jego części, wśród których kluczowe znaczenie miały zawsze elementy cierne. Firma LuK od początku swego istnienia aktywnie uczestniczyła w ich konstrukcyjnym i technologicznym rozwoju.

W suchych sprzęgłach pierwszych samochodów stosowano nietrwałe elementy cierne, wykonywane z drewna bukowego lub dębowego. Przełom w tej dziedzinie wprowadził na początku XX wieku wynalazek żywicy fenolowej. Jej użycie jako środka wiążącego materiał cierny w okładzinach hamulcowych i tarczach sprzęgłowych pozwoliło nadawać tego rodzaju wyrobom dowolne kształty dzięki ich tworzeniu z łatwo formowalnego materiału, który po zastosowaniu odpowiedniej obróbki charakteryzuje się znaczną wytrzymałością mechaniczną i eksploatacyjną trwałością mimo pracy w wysokich temperaturach.

• Zobacz także: Ewolucja okładzin tarczy sprzęgła (II)

Okładziny sprzęgłowe w obecnie stosowanej formie powstały w latach trzydziestych XX wieku. Już wtedy poddawano je wystarczająco dokładnym testom przeprowadzanym w temperaturach przekraczających 400°C. Od tego czasu podstawowym komponentem okładzin tarcz sprzęgłowych pozostają syntetyczne polimery, których skład chemiczny i właściwości fizyczne poddawane są wciąż systematycznemu doskonaleniu.

Wytrzymałość okładzin sprzęgłowych

Obecne, zaawansowane technicznie konstrukcje sprzęgieł umożliwiają ich niezawodne funkcjonowanie przez cały okres eksploatacji pojazdu, chociaż muszą one przenosić znacznie wyższe niż dawniej wartości momentów obrotowych przy podobnych wymiarach, co powoduje ich większe obciążenia. w znacznym stopniu decydują o tym okładziny sprzęgłowe, które muszą być odpowiednio odporne na wysokie obciążenia mechaniczne i termiczne oraz pracę w niesprzyjających warunkach zewnętrznych. Mimo okresowego użytkowania przy np. nadmiernym zapyleniu lub wilgotności powietrza okładzina powinna zachować wszystkie swoje właściwości cierne, strukturalną integralność oraz określoną przez producenta żywotność.

We współczesnych okładzinach sprzęgieł suchych wykorzystuje się polimery organiczne, głównie duroplasty lub elastomery, o chemicznej strukturze ulegającej istotnym zmianom w temperaturze wyższej niż 320°C i całkowitemu rozkładowi przy temperaturze 450°C. Szybkość zużywania się okładzin jest funkcją temperatury i rośnie wraz z nią w postępie geometrycznym.

Badanie wpływu wydzielanego ciepła na zużycie okładziny ciernej

Przeważająca część okresu pracy sprzęgła przebiega w temperaturach około 100°C, a podczas największych obciążeń może dochodzić do 400°C. Wtedy zużycie okładzin drastycznie wzrasta, choć dobre produkty tego rodzaju odznaczają się niskim wskaźnikiem zużycia w szerokim spektrum temperatur. Kiedy jednak temperatura powierzchni ciernej nadmiernie wzrasta, organiczny materiał okładziny ulega uszkodzeniu, co objawia się nagłym spadkiem współczynnika tarcia. Słabe przewodnictwo cieplne materiałów ciernych sprawia, iż w przypadku przegrzania początkowo ulega uszkodzeniu jedynie ich powierzchnia. Zniszczenie głębszych warstw następuje wtedy, gdy nadmierne wydzielanie ciepła nie zostanie przerwane w odpowiednim czasie.

Komfort użytkowania

Przykre dla podróżujących i szkodliwe dla mechanizmów pojazdu są drgania skrętne, przenoszące się z wału korbowego silnika na układ przeniesienia napędu przez tarczę sprzęgłową, która pozostaje w ciernym kontakcie z kołem zamachowym. Już samo usytuowanie tej tarczy w ciągu kinematycznym wyznacza jej główną rolę w tłumieniu wspomnianych drgań. Od współczynnika tarcia zachodzącego pomiędzy okładziną cierną a współpracującymi z nią powierzchniami metalowymi zależy odporność sprzęgła na występowanie tzw. migotania tarczy sprzęgłowej. Polega ono na krótkotrwałym, lecz cyklicznym osłabianiu bądź całkowitym zrywaniu kontaktu ciernego pod wpływem drgań rezonansowych wzbudzanych w układzie napędowym. Na skutek owego migotania hałaśliwość pracy i okresowe przeciążenia napędu zostają znacznie wzmocnione. w przeszłości był to jeden z największych problemów towarzyszących konstruowaniu sprzęgieł. Obecnie rozwiązuje się go przez odpowiedni dobór materiałów okładzin i współpracujących z nimi części metalowych.

Od lewej: okładzina cierna o konstrukcji plecionej; okładzina cierna  o konstrukcji prasowanej; główne składniki materiału ciernego LuK: żywice fenolowe i melaminowe, kauczuk, sulfat baru, sadza, włókno szklane oraz aramid/kevlar

Tweet

Redakcja Miesięcznika Branżowego Autonaprawa