A Tengelykapcsoló Szorítóerejének Jelentősége és Számítása

A tengelykapcsolók két tengelyvég összekapcsolására szolgáló szerkezeti egységek, amelyek alapfeladata nyomaték (teljesítmény) vagy erő és forgó vagy haladó mozgás egyik tengelyvégről a másikra való átvitele. Leggyakrabban erő- és munkagépek vagy közbeiktatott hajtóművek tengelyeinek összekötése a feladat.

A belsőégésű motorok hátrányos tulajdonsága, hogy terhelés alatt nem indíthatók és csak bizonyos fordulatszám felett képesek teljesítményt leadni. Ezért a motor és a nyomatékváltó közé változó kapcsolatú tengelykapcsolót kell iktatni.

A Tengelykapcsolók Fajtái és a Nyomatékátvitel Elve

A tengelykapcsolók a nyomatékátvitel módja alapján többféleképpen csoportosíthatók. Az egyik legfontosabb megkülönböztetés az erő- és alakzáró kapcsolók között van:

Az erőzáróknál a nyomatékátvitelt az összeszorító erő által létrehozott súrlódás biztosítja.
Az alakzáróknál pedig az egymásba illeszkedő alkatrészek szilárdsága biztosítja a nyomatékátvitelt.

A súrlódó kapcsolók jellemzője, hogy a kapcsolófelek közötti nyomatékátvitel dörzsfelületek összeszorításával erőzárás útján valósul meg. Ezeknél a felületek egyike vagy egyik csoportja axiálisan elmozdítható, így a hajtó és hajtott oldal közötti kapcsolat tetszés szerint, akár forgás közben is megszüntethető.

A tárcsás súrlódó tengelykapcsolók az erőzáró kapcsolók legnagyobb csoportját képezik, melyek a célnak leginkább megfelelnek a belsőégésű motoros járművekben. Alkalmazásuk a mezőgazdasági gépszerkezetekben, szerszámgépeknél, de egyéb műszaki területen is igen gyakori.

Tengelykapcsoló: funkció és jelentőség

A Szorítóerő Számítása és Jelentősége

A súrlódó tengelykapcsolók nyomatékátvitelét az érintkező felületekkel kialakított erőzáró kapcsolat biztosítja, amit rászorítással érünk el. Ebből adódik, hogy a kapcsoló működése könnyen befolyásolható az összeszorító erővel. A tengelykapcsolón átvihető nyomatéknak van egy felső határa, ezért biztonsági kapcsolóként is alkalmazzák a szerkezet túlterhelése ellen.

A nyomaték átviteli képességét alapvetően befolyásolja a súrlódó felületek anyagára megengedett felületi nyomás (pmeg), a súrlódó lemezek száma (i), valamint a súrlódási tényező (μ). A szükséges szorítóerő (Fn) nagysága a következő képlet átrendezésével határozható meg, ahol Fk a maximálisan átvihető nyomatékot jelöli:

Fn = Fk / (2 * i * μ)

A Szorítóerő Számításának Paraméterei

Jel	Megnevezés	Leírás
Fn	Szorítóerő	A súrlódó felületek összeszorításához szükséges erő.
Fk	Átvitt nyomaték	A tengelykapcsolón átvihető nyomaték.
i	Súrlódó lemezek száma	A kapcsolóban lévő súrlódó felületek párosainak száma.
μ	Súrlódási tényező	Az érintkező súrlódó felületek közötti súrlódási tényező.
pmeg	Megengedett felületi nyomás	A súrlódó felületek anyagára megengedett legnagyobb felületi nyomás.

Fontos megjegyezni, hogy az olajos lemezes tengelykapcsoló előnye, hogy a lemezek csúszásakor fejlődő hő nagy részét a kenőolaj elvezeti. Azonban a súrlódó lemezek közé kerülő olaj a tapadóképességet lerontja, nagyobb nyomatékok átviteléhez ezért ez a kapcsoló csak korlátozottan alkalmas.

A Szorítóerő Működtetése és Létrehozása

A felületek összeszorításához szükséges erőt, illetve a szétkapcsolást kívülről működtethető szerkezet biztosítja. A működtetés módja szerint a súrlódó kapcsolók mechanikus, elektromechanikus, pneumo-mechanikus és hidromechanikus rendszerűek lehetnek.

Kuplungpedál holtjátékának beállítása

A tengelykapcsolóban a nyomatékot súrlódás viszi át, amelyet leginkább egy előfeszített membrán rugó által keltett normálerő hoz létre. A száraz tengelykapcsolók működtetése a normálerőt létrehozó membrán rugó deformálásával történik. A fedélben rögzített rugó nyúlványainak benyomásával a rugó peremén kifejtett nyomóerő csökken és perem elmozdul a fedél irányában. Ezt a mozgást követi a fedélhez lágy rugókötegekkel kötött nyomólap. A kiemelés befejezésekor a nyomólap és a súrlódó tárcsa között hézag keletkezik. A kiemelés során ezt a normál erőt szüntetjük meg a súrlódó felületek egymáshoz képesti eltávolításával.

Az egytárcsás száraz tengelykapcsolók mellett a nagyobb nyomaték átvitel érdekében használhatnak kéttárcsás tengelykapcsolót is, amelyeknél a két súrlódó tárcsa közös tengelyen van, két nyomólapot nyom az egyetlen membrán rugó. A kiemelés a membránrugó közepére illesztett kinyomó csapággyal történik, mint az egytárcsás kapcsolóknál. A száraz tengelykapcsolókon kívül alkalmaznak olajban lévő lemezes szerkezeteket is, amelyeknél több tárcsát tekercs, membrán vagy tányérrugóval, illetve hidraulikus munkahengerrel nyomnak össze.

A tengelykapcsolók több fajtájánál a normálerőt hidraulikus úton hozzuk létre és a kiemelés a nyomás megszüntetésével történik. A rugóval nyomott tengelykapcsolóknál beavatkozás nélküli állapotban a tengelykapcsoló zárt (energiatakarékos, passzív megoldás), míg az olajnyomással záródó tengelykapcsolókat a hidraulikus rendszer aktív állapotában tartja nyomatékot átvinni képes állapotban.

A működtetéshez szükséges erőt személygépkocsikban huzallal (bovden) vagy hidraulikával vezetik a pedáltól a tengelykapcsoló kinyomó csapágyig. Korszerű megoldás a központi kinyomó csapágynak nevezett hidraulikus működtetésű rendszer, amelyiknél a hidraulikus munkahenger és a csapágy egybe van építve.

A Szorítóerő Fenntartása: Kopáskompenzáció

A hagyományos tengelykapcsoló hátránya, hogy ha kopik a súrlódó betét, akkor a nyomólap balra mozdul a rugó peremével együtt. Mivel a rugó közepe a csapágyra van ültetve, ami a pedálon keresztül felütközik, a tengelykapcsoló önmagát kezdi kiemelni, és az átvihető nyomaték csökken.

Dacia MCV (2011) kuplung rezgések

A cél tehát a membrán rugó közepét a tengelykapcsoló kopása során is helyben tartani. Ezt az SAC (Self-Adjusting Clutch) rendszer a rugók megfogásának a mozgatásával éri el. Az SAC a membrán rugót egy tányérrugó (szenzor rugó) és egy állító gyűrű között rögzíti.

Amennyiben a membrán rugó karimája alaphelyzetben (zárt tengelykapcsoló) a kopás miatt elmozdul, a szenzor rugó deformálódni engedi a membrán rugót, és a membrán rugó érintkezési pontja elmozdul az állítógyűrűhöz képest. A keletkező elmozdulás miatti résbe az állító gyűrű ék alakú szegmensei benyomódnak. Az ékeket a fedélhez képest kicsi csavarrugók mozgatják tangenciális irányban, az ékek pedig a fedélben kiképzett ferde felületsorra fekszenek fel.

A működtető erő (FA), a szenzor rugó alátámasztó ereje (Fsensor) és a rugó billentő nyomatéka (MTF) mind hozzájárulnak a rendszer precíz működéséhez.

Automatizált Tengelykapcsoló Működtetés és Szorítóerő Szabályozás

A tengelykapcsoló használata a gépkocsivezetés egyik kritikus eleme, gyakorlatot igényel, és közben igénybe veszi a gépkocsivezető figyelmét. Ésszerű automatizálási törekvés a hagyományos tengelykapcsoló működtetés felváltására a széria autók átalakításával olyan járművezetők számára, akik képtelenek a pedálokat működtetni.

A rugós rendszerek működtetéshez egyenes vonalú elmozdulást kell létrehozni és erőt kell kifejteni, amelyre a hidraulikus munkahenger kiválóan alkalmas. Amennyiben a rendszert függetleníteni akarjuk az embertől, akkor célszerű a hidraulikus munkahenger használata aktuátorként (központi kinyomócsapágy).

Az automatizált rendszerekben a fékpedál lenyomásakor egy villamos motor elforgatja a tengelykapcsoló pedált (kinyomja a tengelykapcsolót). Ekkor kapcsolhatjuk az induló fokozatot, és ha gázt adunk, akkor a motor a tengelykapcsolót egy megfelelő függvény szerint csúsztatási állapotba hozza, majd zárja. A folyamat fizikailag átgondolva algoritmizálható a jármű indítás belsőégésű motorhoz kapcsolódó feltételrendszerének figyelembe vételével. Az algoritmus számítógépen futtatható szoftverben valósítható meg, amihez természetesen megfelelő hardver (számítógép) szükséges.

A tengelykapcsoló csúsztatására a hagyományos sebességváltóknál a jármű indításakor kerül sor. A felpörgetett motor főtengely lassul a rá ható súrlódó nyomaték következtében, amely a csúsztatás elején meredeken emelkedik, majd a főtengely lassulás megszűnése után jelentősen csökken.

Az indítási stratégia céljai lehetnek: a nyomaték maximalizálása a hőterhelés és keréktapadás figyelembevételével (legnagyobb járműgyorsítás elérése), a tengelykapcsoló élettartam maximalizálása, a csúsztatási idő rövidítése (minimalizálása), a veszteségek minimalizálása a tengelykapcsolónál és a motornál. Kritikus körülmény a tengelykapcsoló csúsztatásnál a tengelykapcsoló és a teljes hajtáslánc, illetve a jármű rezonálása (Rupf), amelyet az indítás szabályzásnál figyelembe kell venni.