A Tengelykapcsoló: Működése, Típusai és Karbantartása

A tengelykapcsoló, más néven kuplung, a motor és a sebességváltó között helyezkedik el, és egy olyan elem, amely közvetlenül kapcsolódik a motorhoz a személygépkocsi sebességváltójában, hogy lekapcsolják és megvalósítsák a motor erőátvitelét az erőátviteli rendszerre. A kuplung szó a német nyelvből származik, jelentése tengelykapcsoló. A kuplung és a tengelykapcsoló kifejezések ugyanazt az alkatrészt takarják, a cikkünkben is felcserélhetően használjuk őket. A kézi sebességváltóval rendelkező járművek tulajdonosai nagyon jól ismerik a kuplungot a járgányukban. Mint kiderült, még az automata sebességváltóval ellátott autókban is van kuplung, gyakran a nyomatékváltó részeként. A helyzet az, hogy a mai mechanikus eszközök többsége rendelkezik kuplungos mechanizmussal. Az akkus fúrógépektől kezdve a láncfűrészekig, sőt, még a gyerekek által előszeretettel játszott jojók némelyike is rendelkezik valamilyen kuplunggal. A meglepő az, hogy általában nem szoktunk ennyit gondolkodni azon, hogyan működik egy ilyen alkatrész. Csak akkor kezdünk el gondolkodni azon, hogy valójában mit is csinál ez az eszköz, amikor valamilyen problémát tapasztalunk a járműveinkben. Tudjunk meg többet erről a fontos, bár gyakran félreértett alkatrészről a járműveinkben.

A tengelykapcsoló működésének megértése és felépítése

A "mi az a kuplung?" kérdésre válaszolva próbáljunk meg elképzelni egy jojószerű eszközt, amelyen két tárcsa van az összekötő rúd ellentétes végein. A tárcsák tengelyekhez kapcsolódnak, amelyek közül az egyik vagy egy csigához vagy egy motorhoz, míg a másik tárcsa egy másik eszközhöz van csatlakoztatva. Technikailag ezek a tárcsák és a hozzájuk tartozó tengelyek forognak. A tengelykapcsoló lehetővé teszi, hogy ez a két rendszer együtt forogjon azáltal, hogy összezárja őket. Így amikor az egyik tárcsa vagy tengely forog, a másik tárcsa másik tengelye is forog a szemközti tárcsán. Vannak olyan esetek, amikor azt szeretné, hogy az egyik tárcsa vagy tengely megálljon anélkül, hogy a másik tárcsa és tengely forgása is leállna. A kuplung kioldja a "reteszelést", hogy az egyik tengelyről érkező forgási energia ne tevődjön át a másikra. Bizonyos értelemben az egyik tengely megáll a forgásban, míg a másik tovább forog. Ez ugyanaz a mechanizmus, ami a vezeték nélküli fúrógépben is előfordul. Az egyik tengely a fúrógép motorjához van csatlakoztatva, míg a másik a fúrótokmányhoz. Amikor "oldja" a tengelykapcsolót, gyakorlatilag feloldja a két alkatrész "zárolt" állapotát. Tehát a fúrógép motorja még mindig járhat, de a fúrótokmány már nem forog. Gyakorlatilag ez történik az autó kuplungrendszerével is.

A tengelykapcsoló egyik oldala a forgattyús tengelyen keresztül kapcsolódik a motorhoz, amely forog, mivel a hengerekben lévő dugattyúk fel-le mozgása energiát termel. A kuplung másik oldalán egy tengely található, amely a sebességváltóhoz csatlakozik, amely viszont a motorból származó forgási energiát továbbítja a kerekekhez. Hasonlóképpen, a tengelykapcsoló is megpróbálja "lekapcsolni" a blokkolt alkatrészt, így a motor még mindig jár, de a forgási energia nem jut el a sebességváltóhoz és a kerekekhez. El tudja képzelni, ha nincs kuplung a járművében? Örökké mozgásban lesz. Abban a pillanatban, amikor a motor energiát termel, már forgatni is fogja a forgattyús tengelyt, és a sebességváltón keresztül továbbítja a forgási energiát a kerekekhez.

A kuplunggal kapcsolatban nagyon fontos fogalom a súrlódás. Definíció szerint a súrlódás azt az ellenállást jelenti, amellyel egy adott felület találkozik, amikor egy másik felületen vagy egy másik felülethez képest mozog. A súrlódás a bármely felületen jelenlévő csúcsok és völgyek jelenlétéhez kapcsolódik. A súrlódás tehát egyenesen arányos a csúcsok és völgyek kiterjedésével. Ez azért fontos, mert a kuplung a súrlódás elvén működik. A gépjárművek tengelykapcsolóiban a súrlódás a lendkerék és a tengelykapcsoló lemez között lép fel. A súrlódó tengelykapcsolókat széles körben használják az autóipari mechanikus erőátviteli rendszerekben. Az autóátviteli rendszerekben használt tengelykapcsolók általában súrlódást használnak az energia továbbításához.

A tengelykapcsoló funkciója és típusai

A tengelykapcsoló legfőbb feladata, hogy megszakítsa a motor és a váltó tengelye közötti kapcsolatot. Négy fő funkciója van:

Vontatósapka vásárlás Yaris tulajdonosoknak

1. Sima indítás
2. Könnyű váltás
3. Megakadályozza a sebességváltó rendszer túlterhelését
4. Az átviteli nyomaték szabályozása

Három fő része van: a kuplungtárcsa, a kuplungszerkezet, illetve a kinyomócsapágy. Az autókban használt tengelykapcsolónak 4 fontos összetevője van. Ezek közé tartozik a nyomólap, a fedőlap, a kioldócsapágy és a hajtott lemez. A fedőlaphoz egy membránrugó is tartozik.

A kuplungban van egy nélkülözhetetlen puffereszköz is. Két, lendkerékhez hasonló lemezből áll. A lemezen négyszögletes horonyt ütnek, és a horonyban rugó van elrendezve. Ütközéskor a két lemez közötti rugók rugalmasan kölcsönhatásba lépnek egymással, hogy kiegyenlítsék a külső ingereket. Hatékonyan védheti a motort és a tengelykapcsolót.

A kuplung működési elve és állapotai

Amikor lenyomásra kerül a kuplungpedál, megszakad a motor és a sebességváltó közti kapcsolat, mivel a kuplungszerkezet és a kuplungtárcsa eltávolodik egymástól. A tengelykapcsoló működését három munkaállásra oszthatjuk:

1. Teljesen egymásba fonódó állapot: Amikor a jármű normálisan működik, a nyomástartó lemez szorosan a lendkerék súrlódási lemezéhez van szorítva. Ebben az időben a nyomástartó lemez és a súrlódólemez közötti súrlódási erő a legnagyobb, és a bemeneti tengely és a kimeneti tengely közötti relatív statikus súrlódás megmarad, és a kettő sebessége ugyanaz.
2. Félig egymásba fonódó (csúszó) állapot: Jelenleg a nyomólemez és a súrlódó lemez közötti súrlódási erő kisebb, mint a teljesen összekapcsolt állapot. A tengelykapcsoló nyomástartó lemeze és a lendkeréken lévő súrlódó lemez között csúszó súrlódási állapot van. A lendkerék sebessége nagyobb, mint a kimeneti tengely sebessége, és a lendkerékről átvitt teljesítmény egy része a sebességváltóba kerül. Jelenleg puha kapcsolat van a motor és a hajtókerekek között. Ez teszi lehetővé, hogy a motor teljesítménye ne azonnal szabaduljon rá a kerekekre, hanem fokozatosan. E fokozatosságot szabályozhatjuk a kuplungpedállal, azzal párhuzamosan, hogy a gázzal a motorerőt is változtatjuk.
3. Lekapcsolt állapot: Amikor a jármű elindul, a vezető rálép a tengelykapcsolóra, és a kuplungpedál mozgása visszahúzza a nyomólemezt, azaz a nyomólemezt elválasztják a súrlódó lemeztől. Ebben az időben a nyomástartó lemez és a lendkerék teljesen érintkezésen kívül van, és nincs relatív súrlódás.

A tengelykapcsoló elválasztásával az erőátvitelt lekapcsolják, ami kényelmes a szükséges felszerelés felfüggesztésére. Az autóban használt kézi sebességváltó-váltónak a sebességváltó helyzetének megváltoztatásakor le kell állítania a motor teljesítményét, hogy az eredeti hálós sebességváltó könnyen elválasztható legyen, így a két sebességváltó kerületi sebessége szinkronizálható a szinkronizálás elérése érdekében gyorsabban, hogy lefagyjon. A blokkolás ugyanakkor elkerülheti vagy csökkentheti a sebességváltó hatását.

Túlterhelés elleni védelem

Amikor az autó vészfékezés alatt van, a kerékfékek miatt a kerekek hirtelen megállnak és leállnak. Ha a motort szilárdan a hajtóműhöz csatlakoztatják, a reteszelt hajtókerék kényszeríti a motort hirtelen leállásra, és a motor mozgó alkatrészei nagy tehetetlenségi nyomatékot generálnak (az érték jelentősen meghaladhatja a normál motornál generált maximális nyomatékot művelet). Ez a nyomaték befolyásolja az erőátviteli rendszert, ami okot okoz, hogy az erőátviteli rendszer túlterhelt és a mechanizmus megsérült. A tengelykapcsolóval az ésszerű szerkezeti kialakítás révén a továbbított legnagyobb nyomaték egy bizonyos értéktartományon belül szabályozható, általában a motor maximális kimeneti nyomatékának kétszeresére. Ha a sebességváltó rendszert olyan terhelésnek vetik alá, amely meghaladja a tengelykapcsoló által átadott maximális nyomatékot, a tengelykapcsoló automatikusan megcsúszik, hogy kiküszöbölje ezt a veszélyt, és így hatással legyen az erőátviteli rendszerre. Ez a túlterhelés elleni védelem.

Tudnivalók a Yaris lökhárító takarójáról

Kuplung működtetési módok és beállítások

Két megoldás lehetséges a kuplung működtetésére: a bowdenes vagy a hidraulikus. Napjainkban az utóbbi változatot részesítik előnyben. A hidraulikus megoldás a kuplungtárcsa kopásáig végig után állítja magát. A bowdenes változatnál azonban be kell állítani a kuplungot. Ez azt jelenti, hogy csak állítási lehetőség segítségével lehet a kuplung holtjátékát beállítani.

Mikor lehet szükség a kuplung holtjátékának állítására? Például akkor, ha nem lehet váltani vagy nehezen veszi a fokozatot az autó, illetve akkor is, ha recsegés hallható váltás közben. Nem minden esetben oldja meg a problémát a kuplung állítása, de legtöbbször igen. Egyes autóknál ez csupán néhány percet vesz igénybe, azonban olykor időigényesebb a folyamat. Amennyiben a kuplung állítása nem oldja meg a problémát, csak a csere segíthet. A kuplung holtjátéka mindig akkor megfelelő, ha a felengedéskor a pedálútnak az alsó negyedénél fog az alkatrész. Amennyiben a felénél, vagy még attól is magasabban, akkor rövid időn belül cserélni kell a kuplungot.

Korszerű megoldás a központi kinyomó csapágynak nevezett hidraulikus működtetésű rendszer, amelyiknél a hidraulikus munkahenger és a csapágy egybe van építve. A rugós rendszerek működtetéshez tehát egyenes vonalú elmozdulást kell létrehozni és erőt kell kifejteni, amelyre a hidraulikus munkahenger kiválóan alkalmas. Amennyiben tehát a rendszert függetleníteni akarjuk az embertől, akkor célszerű a hidraulikus munkahenger használata aktuátorként (központi kinyomócsapágy).

A kuplung típusai és műszaki paraméterei

Nagyon sokfajta kuplungot használnak és gyártanak napjainkban, mert a technikai megoldás és az erőátviteli elemek a konkrét alkalmazás igényeihez vannak kiválasztva. A tengelykapcsolókat a meghajtott lemezek száma, a nyomórugók formája, a kormányszerkezet és hasonlók szerint lehet osztályozni. Ezek közül a ketrec kompressziós tengelykapcsolót széles körben használják személygépkocsikban.

Néhány példa a különböző tengelykapcsoló típusokra:

• Rugalmas tengelykapcsoló
• Merev tengelykapcsoló
• Nyomatékhatároló tengelykapcsoló
• Kisméretű tengelykapcsoló
• Összekötő tengelykapcsoló
• Lemezes tengelykapcsoló
• Ipari merev tengelykapcsoló
• Ipari nagyméretű rugalmas tengelykapcsoló
• Lineáris tengelykapcsoló
• Speciális tengelykapcsolók

Az egyes kuplung típusok többfajta műszaki kivitelben és eltérő technikai tulajdonságokkal igazíthatóak az alkalmazásfüggő tengelykapcsoló megoldásokhoz. Így a precíziós tengelykapcsolók két nagy csoportra oszthatók: Rezgéscsillapító tengelykapcsolók és Torziósan merev tengelykapcsolók. A Torziós merev kuplungok gyakran X-Y tengelyek összekötésére használnak, mint például a megmunkáló gépek tengelykapcsolója, míg a Rezgéscsillapítós tengelykapcsolók a CNC gépek főorsó hajtásának erőátvitelére szolgálnak.

Kezdő útmutató nyerges vontató konténer alvázakhoz

Tengelykapcsoló méretezése és paraméterei

A sokoldalú hajtási rendszerek folyamatosan fejlesztés alatt állnak a gépészmérnököknek köszönhetően. Ezért a tengelykapcsolónak is követniük kell a trendeket és ezért a kuplungok is egyre fejlettebbek lesznek. A tengelykapcsolók főbb paraméterei közül a nyomaték, torziós merevség, rugó erősség, kiegyensúlyozottság, holtjátékmentesség és a tehetetlenségi nyomaték játszák a főbb szerepet.

Nyomaték

A nyomaték a forgó testeknél rendkívül fontos a gépészmérnököknek. Ez egy érték mely az erő és az effektív hosszú kar szorzata: M=Fxr [Nm]. Így a nyomaték lehetséges 100Nm nyomatéknál 100N erőnél és 1m karnál vagy 1000N erőnél és 0,1m erőkanál is egyenlő. Ugyanezt használjuk a tengelykapcsolók méretezésénél is. Tehát a nyomaték a nagy átmérőjű kuplungoknál kisebb az ébredő erő vagy kisebb átmérőjű kuplungok nagyobb ébredő erővel kell számolni. Vagyis minél nagyobb erőt akarunk átvinni annál nagyobb átmérőjű tengelykapcsoló lesz az optimális megoldás.

Torziós merevség

A tengelykapcsoló külső átmérőjén kívül még a másik fontos tényező a kuplung torziós szilárdsága. Ez meghatározza a tengelykapcsoló merevségét a torziós (csavaró) igénybevétellel szemben. Ha a nyomaték túl magas és meghaladja a maximális torziós szilárdságot, onnantól kezdve a tengelykapcsoló nem képes átvinni a forgó erőt. Az egység "torziós merevség" mértéke a Nm/rad, mely 10Nm esetén az elem 1/1000 rad -ot elfordul. Egyenlő, ha szögben mérjük akkor 0,057°-al (1 rad = 57°17'44.8"). A tengelykapcsoló típusát nézve (torziósan merev vagy rezgéscsillapítós tengelykapcsoló) ez az elfordulási szög jóesetben a tengelykapcsoló megadott paraméterei közé esik. Praktikusan nézve a merev tengelykapcsoló normál esetben maximum csavarodási szöge kevesebb, mint 0,05 fok és a rugalmas csillapítású tengelykapcsolóknál ez kevesebb, mint 5 fok. Ha az elfordulási szög nem haladja meg a megengedhető szöget, akkor a tengelykapcsoló végtelen élettartamú.

Rugó merevség

A rugó merevség egy ellenerő mely a tengelykapcsoló eltérő pozíciójából ered axiális, radiális és laterális irányából. A rugó merevségét N/mm egységgel jelzik. Amennyiben a gyártó 30 N/mm értéket ad meg a tengelykapcsolónál, úgy 30N erő használatánál 1 mm az axiális eltérés. Ezt az értéket mindig figyelembe kell venni a csapágy vagy más hajtási elemek kiválasztásánál.

Automatikus és félautomata kuplungrendszerek

A kuplung 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. Ezek utólagosan is beszerelhetők és kizárólag a tengelykapcsolót működtetik automatikusan indításkor és egyszerű kapcsolással sebességváltáskor.

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. Sebességváltáskor egy a sebváltó karon lévő gombot kell megnyomni és old a tengelykapcsoló, gázadásra pedig ismét zár. 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 hagyományos kéttengelyes és előtét tengelyes szinkron kapcsolású sebességváltóknál a sebességváltás terheletlen állapotban történhet, tehát a sebességváltás műveletei: gáz elvétel, tengelykapcsoló kiemelés, üres fokozatba kapcsolás, sebesség fokozat választás, sebességfokozat kapcsolás, tengelykapcsoló zárás, gázadás. A folyamat egyszerűen végrehajtható és automatizálható. Hátránya ennek a kapcsolásnak, hogy a jármű hajtását abba kell hagyni egy bizonyos időre (néhány másodpercre), amely sem a motor vezérlésére, sem a jármű dinamikájára nincs jó hatással.

A tengelykapcsoló csúsztatására a hagyományos sebességváltóknál a jármű indításakor kerül sor. A motor csak forgó főtengelyén ad le a jármű indításához elegendő nyomatékot és ezért a kezdetben álló később lassabban forgó sebességváltó behajtó tengely és a motor főtengely közé aszinkron gépet kell építeni. A kettős tengelykapcsolóval rendelkező (DSG) sebességváltók fokozatkapcsolásánál is csúsznak a tengelykapcsolók, itt a nyomaték átvitel itt is változó relatív fordulatszámok mellett.

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. A stratégiák aktivizálására a jármű adaptív irányítása ad lehetőséget, amely a teljes járműirányítást felhasználva közelíti, vagy meghatározza az indítási folyamat jellegét (következtet a vezető szándékára, annak magatartásából).

Kuplungproblémák és hibadiagnosztika

A kuplung legkönnyebben sérülő eleme a kuplungtárcsa, amennyiben elkopik, nem lehet javítani, csupán cserére van lehetőség. Amennyiben a túlzott holtjáték mellett megnövekedett zaj jelentkezik, a kuplungszerkezet törésére lehet következtetni. Fontos, hogy ha nem működik megfelelően a kuplung, vigyük szervizbe és vizsgáltassuk meg az alkatrészt! Az autóipari kuplungtechnológia hosszú utat tett meg azóta, hogy a 20. század eleji autókban először alkalmazták. A 20. század közepén gyártott autók kuplungjai jellemzően 100 ezer km-ig tartottak ki. A modern tengelykapcsolók ezt meghaladhatják, egyesek akár 150 000 - 200 000 km-t is képesek elmenni. A kulcs azonban egy ilyen eszköz helyes használata és a megfelelő karbantartás betartása. Odafigyelő gondoskodás nélkül a tengelykapcsoló már 50 0000 vagy kevesebb kilométer után is tönkremehet.

A kuplung problémájának behatárolása elég nagy kihívás lehet, különösen a kezdő autótulajdonosok számára, akiknek talán fogalmuk sincs arról, hogy mit kell keresniük. Mivel a tengelykapcsoló lényegében egy híd a motor és a sebességváltó között, az ebből a szakaszból érkező zaj valójában vagy a motorból vagy a sebességváltóból származhat. Szerencsére van egy nagyon egyszerű módja annak, hogy megállapítsa, hogy kuplungproblémája van-e vagy egyéb más. Először is tegye üresbe az autót, és húzza be a kéziféket. Indítsa be a motort, amíg be nem melegszik. Hagyja üresjáratban járni. Ne lépjen a kuplungpedálra. Ha a motor üresjáratban morajló hangot hallat, akkor a probléma a sebességváltóval lehet. Ha nem hall zajt, miközben a motor üresjáratban jár, lassan nyomja le a kuplungpedált a közepéig anélkül, hogy sebességbe tenné. Próbáljon meg bármilyen zajra, például ciripelő hangra figyelni, miközben lenyomja a kuplungpedált. Ha ilyen zajt hall, akkor a probléma a kuplungkioldó csapágyazással van. Ha a kuplungpedál lenyomásakor nincs zaj, próbálja meg egyenesen a padlóig lenyomni a kuplungpedált. Ha nyikorgásnak tűnő zajt hall, akkor a vezérlőcsapággyal lehet probléma.

Gyakori kuplung hibák, okai és ellenőrzési lépései

A kuplung élettartamának meghosszabbítása

A kuplung hosszú élettartamának tulajdonképpen a kinyomócsapágy állapota a kulcsa, emellett csak pár könnyen megjegyezhető dologra kell odafigyelni. Fontos, hogy minél kevesebbet használjuk a tengelykapcsolót, azaz ne váltogassunk feleslegesen, hanem használjuk ki az ideális fordulatszám-tartományokat. Gyakori hiba még, hogy menet közben a felengedett kuplungpedálon pihen a bal láb, ami a tárcsák kopását okozhatja, és sokaknál előfordul, hogy a lámpáknál egyesben, benyomott kuplunggal várják a zöldet, holott ez a kuplungcsapágy idő előtti elhasználódását vonja maga után.

tags: #vontato #labda #tengelykapcsolo #tudnivalók

• Utastér beázás a Fabia 1-ben
• Egy magyar innovátor a dízelmotor történetében
• Civic szárny típusok
• Váltógomb csere útmutató
• A CR-V hibrid innovatív technológiája