W jednym z wcześniejszych artykułów analizowaliśmy komponenty sprzęgieł suchych, zasadę ich działania, a także obszary zastosowań. Okazało się, że istnieją jednak wyzwania, którym nie potrafią one sprostać. W odpowiedzi na te trudności pojawiły się alternatywne rozwiązania – sprzęgła zanurzone całkowicie w oleju, a pośród nich tzw. sprzęgło mokre.

Chociaż całkowita liczba wyprodukowanych sprzęgieł mechanicznych jest teraz niewielka w porównaniu do ilości sprzed kilku dziesięcioleci, to z technicznego punktu widzenia wciąż stanowią one fascynujący obiekt. Ze względu na miłośników samochodów produkcja tych elementów nigdy nie powinna całkowicie zaniknąć.

W tym artykule przypomnimy ogólnie o sprzęgłach stosowanych w ręcznych skrzyniach biegów, a także przyjrzymy się szczegółowo zasadzie działania sprzęgła mokrego.

Ogólnie o sprzęgłach

Sprzęgło jest zdejmowaną konstrukcją, która zapewnia połączenie między silnikiem pojazdu a skrzynią biegów. Znanych jest wiele metod połączenia, ale w tym artykule zajmiemy się tylko metodą mechaniczną.

Głównym zadaniem sprzęgła jest przeniesienie momentu obrotowego silnika na skrzynię biegów, a także zapewnienie płynnego, równomiernego i pozbawionego wibracji rozruchu. To ostatnie osiąga się nie tylko dzięki dwóm pozycjom krańcowym sprzęgła. Kierowca może je regulować, przez co narastanie momentu obrotowego może być płynniejsze i bardziej stopniowe.

Sprzęgła mechaniczne

W przypadku samochodów osobowych, sprzęgła mechaniczne szybko zyskały popularność. Spowodowane to było ich niskim kosztem produkcji, kompaktową budową i łatwością serwisowania. Ich stosunkowo małe rozmiary zapewniały ponadto niski moment bezwładności, co przyspieszało czasy przełączania biegów oraz synchronizację.

Mechaniczne sprzęgła są połączone z jednostkami napędowymi za pomocą tarczy ciernej, która umożliwia dokładne określenie, ile momentu obrotowego może być przekazane z silnika. Wartość ta musi być większa niż maksymalny moment obrotowy generowany przez silnik. Współczynnik bezpieczeństwa sprzęgła, który jest stosunkiem tych dwóch wartości, wynosi zazwyczaj od 1,8 do 2 w przypadku samochodów osobowych. Oznacza to, że sprzęgło jest zdolne przenieść około dwukrotnie więcej momentu obrotowego na napęd niż silnik jest w stanie dostarczyć.

Ograniczenia wydajności jednotarczowych, suchych sprzęgieł mechanicznych – zakres zastosowania sprzęgieł mokrych

To nadal najpopularniejszy rodzaj sprzęgła wśród wersji mechanicznych, zwłaszcza w przypadku samochodów osobowych. Warto jednak wspomnieć, że istnieją obszary zastosowań, w których wcześniej ten typ nie dominował. Przykładem mogą być większe pojazdy użytkowe i maszyny rolnicze. Co więcej, w świecie motocykli, w obecnych latach, mokre sprzęgło zaczęło być częściej stosowane niż suche.

Warto zaznaczyć, że przewaga mokrego sprzęgła w motocyklach spowodowana jest czym innym niż w przypadku pojazdów użytkowych. W tych samych warunkach, suche sprzęgła motocyklowe są lżejsze, mogą przenosić większy moment obrotowy niż ich odpowiedniki olejowe, a zawarty w nich olej również dłużej zachowuje swoje właściwości, ponieważ cząsteczki z suchego sprzęgła nie mieszają się z olejem.

Jednak mają one swoje wady, takie jak większa głośność, skłonność do szybszego uszkadzania się oraz trudności w obsłudze. Pierwsza z tych wad jest wystarczająca, by zapewnić mokremu sprzęgłu coraz większy udział w rynku. W ostatnich latach producenci motocykli muszą bowiem spełniać coraz bardziej restrykcyjne normy dotyczące emisji hałasu. Obecnie muszą ograniczać dźwięk generowany przez suche sprzęgło, w przeciwnym razie produkt nie może być wprowadzony na rynek. Z wyjątkiem kilku producentów, takich jak BMW czy Moto Guzzi, większość producentów motocykli przeszła na sprzęgła mokre.

Konstrukcja i działanie sprzęgieł wielotarczowych

W przypadku pojazdów użytkowych i maszyn rolniczych kluczowym czynnikiem decydującym o wyborze jest maksymalny moment obrotowy, który może być przenoszony. Choć może to wydawać się sprzeczne zważywszy na okoliczności historyczne, to za chwilę wyjaśnimy, o co chodzi.

Czasami zdarza się, że przenoszony moment obrotowy jest na tyle duży, że wymaga zastosowania tarczy o tak dużym rozmiarze, że nie mieści się ona w dostępnej przestrzeni, a jej średnica montażowa jest zbyt duża. W takich przypadkach stosuje się sprzęgło wielotarczowe, suche lub olejowe (mokre).

Tutaj wymagania fizyczne kolidują z konstrukcją motocykli: nawet jeśli silnik nie generuje dużego momentu obrotowego, przestrzeń dostępna w motocyklu jest niezwykle ograniczona.

Koło zębate na wale korbowym bloku silnika napędza koło zębate o większej liczbie zębów, na której przedniej powierzchni znajduje się wewnętrzny, osiowo uzębiony bęben. Na tym bębnie umieszczone są tarcze sprzęgła (lamele) bez okładzin ciernych.

Między zewnętrznymi lamelami stalowymi znajdują się wewnętrzne blaszki z wkładką z korka ciernego, które są połączone z zewnętrzną żebrowaną piastą na końcu napędzanego wału.

Sworznie przymocowane do piasty, która z kolei jest przymocowana do końca napędzanego wału, zapewniają prowadzenie tarczy dociskowej i początkowe naprężenie sprężyn śrubowych. Sprężyny te ściskają tarczę dociskową oraz zewnętrzne i wewnętrzne lamele.

Sprzęgło jest zazwyczaj konstrukcją zamkniętą. Jego załączanie i zwalnianie jest możliwe dzięki popychaczowi, który znajduje się w osiowym otworze napędzanego wału. Jeśli popychacz przesunie się w lewo, tarcza dociskowa przesunie się względem sprężyn dociskowych, co spowoduje zwolnienie siły ściskającej lamele.

Obudowa sprzęgła jest hermetycznie zamknięta i wypełniona olejem. Oprócz cichej pracy, olej zapewnia również chłodzenie powierzchni ciernych, co jest szczególnie istotne w przypadku delikatnych wkładek korkowych, wrażliwych na działanie ciepła.

Napełnienie olejem ma także dodatkową zaletę – gdy sprzęgło jest zamknięte, olej pozostaje dłużej na powierzchniach ciernych, co zwiększa czas poślizgu i umożliwia płynniejszy start.

W niektórych rozwiązaniach tarcze nie są wyposażone w podkładki cierne. W takich przypadkach współczynnik tarcia jest niższy, ale dozwolone znacznie wyższe obciążenie powierzchniowe nadal zapewnia przenoszenie wyższego momentu obrotowego przy tych samych wymiarach geometrycznych.

Montaż mokrego sprzęgła wielotarczowego może wymagać nieco więcej miejsca niż w przypadku wersji suchej. Aby zmniejszyć wymiary osiowe, zazwyczaj zachowuje się szczelinę między tarczami o szerokości 0,3-0,5 mm. W trakcie pracy, zwłaszcza w niskich temperaturach, ze względu na zwiększoną wewnętrzną lepkość oleju, może on przenosić moment obrotowy nawet wtedy, gdy stopniowo rzednie. Jednak ten problem znika po kilku wielokrotnych przełączeniach.

Jak już wspomniano – w przypadku motocykli, istnieją także suche sprzęgła wielotarczowe. W większych pojazdach nie są one używane jako główne sprzęgła ze względu na słabe chłodzenie, ale znajdują zastosowanie w mechanizmach kierowniczych pojazdów gąsienicowych lub na wałach napędowych większych rozruszników.