ТЕХНИЧКИ ШКОЛСКИ ЦЕНТАР ЗВОРНИК
МАТУРСКИ РАД ИЗ ПРЕДМЕТА:
МОТОРИ И МОТОРНА ВОЗИЛА ТЕМА:
ФРИКЦИОНЕ СПОЈНИЦЕ
МЕНТОР: проф. Александар Косановић
КАРАКАЈ, 2005/2006.
КАНДИДАТ: Витомир Митровић
САДРЖАЈ: МАТУРСКИ РАД...............................................................................................................1 МОТОРИ И МОТОРНА ВОЗИЛА..........................................................................................1 САДРЖАЈ:.................................................................................................................................2 Увод............................................................................................................................................3 1. СПОЈНИЦА...........................................................................................................................4 ФРИКЦИОНА СПОЈНИЦА – ЈЕДНОЛАМЕЛАСТА..................................................4 САСТАВНИ ДЕЛОВИ ТАЊИРАСТЕ СПОЈНИЦЕ......................................................5 ПОТИСНИ ЛЕЖАЈ...........................................................................................................5 ПОТИСНА ПЛОЧА..........................................................................................................6 ДИСК (ЛАМЕЛА).............................................................................................................6 СПОЈНИЧКО ВРАТИЛО.................................................................................................6 ДВОЛАМЕЛАСТА СПОЈНИЦА.....................................................................................7 ИСКЉУЧИВАЊЕ И УКЉУЧИВАЊЕ СПОЈНИЦЕ.....................................................7 ЦЕНТРИФУГАЛНА СПОЈНИЦА...................................................................................7 ХИДРОДИНАМИЧКЕ СПОЈНИЦЕ...............................................................................8 ЗАКЉУЧАК:............................................................................................................................10
2
Увод
Задатак система за преношење снаге мотора до погонских точкова је да изврши промену обртног момента мотора. Пренос обртног момента реализује се преко: – спојнице, – мењача, – зглобних вратила, – главног преносника, – полувратила и – погонских точкова.
3
1. СПОЈНИЦА ФРИКЦИОНА СПОЈНИЦА – ЈЕДНОЛАМЕЛАСТА Спојница је део трансмисије која се налази између мотора и мењача. Њен задатак је да пренесе снагу мотора на мењач, односно да обезбеди електричну везу између
мотора и мењача. Захваљујући еластичној вези која се реализује помоћу спојнице, Слика 78. Спојница са тањирастом опругом: 1) резервоар за уље, 2) кућиште главног цилиндра, 3) потисна полуга
4
избегнута су могућа механичка оштећења на склоповима возила. У случајевима када дође до преоптерећења возила, спојнице ће обезбедити проклизавање и на тај начин ће се избећи могућа механичка оштећења на делу трансимисије. На возилима су, најчешће, у примени фрикционе спојнице. Према начину укључивања, може се извршити подела на: – спојнице са принудним командовањем – спојнице са аутоматским командовањем. Преносни механизам може бити: –механички, –хидростатички, –пнеуматски и –комбиновано хидрауличко–пнеуматички (серво-уређај). Механички и хидростатички преносни механизам најчешће се користи код путничких возила. Код теретних возила и аутобуса примењује се серво-механизам. На слици 78 приказана је спојница са тањирастом опругом (кружна лепеза) код које је пренос команде хидростатичким путем. Оваква спојница се све више примењује на путничким возилима. Спојница се искључује када возач притисне педалу спојнице и тада долази до померања клипњаче (3) која врши притисак на клип (8) и покреће га.По принципу спојених судова клип (12) остварује силу која посредством полуге (16) врши притисак на двокраку полугу (22). Деловањем на ову полугу обезбеђује се истовремено померање потисног лежаја (24) према сегментима тањирасте опруге (24а). Када потисни положај изврши притисак на сегменте опруге, крајеви сегмента се померају према замајцу и на тај начин се се обезбеђује удаљавање потисне плоче (25) од диска (28). Када се потисна плоча удаљи, диск постаје слободан, самим тим веза између мотора и мењача је прекинута – спојница је искључена. Када се спојнице укључују, поступак се реализује обрнутим редом, односно у супротном смеру. Слободни ход педале и потисног лежаја подешава се помоћу навртки (14 и 17). Ова конструкција је новијег датума у односу на спојницу са завојним опругама. Предност ове конструкције је у томе што је мања, јер су у тањирастој опрузи садржане две функције, функција двокраких полуга (пипака) и функција завојних опруга.
САСТАВНИ ДЕЛОВИ ТАЊИРАСТЕ СПОЈНИЦЕ На слици 79 приказани су главни делови спојнице.
ПОТИСНИ ЛЕЖАЈ Потисни лежај (3) налази се непосредно до двокраких полуга (пипака) или тањирасте опруге. Задатак потисног лежаја је да за време аксијалног (подужног) кретања изврши притисак на сегменте тањирасте опруге и преко система полуга обезбеди одвајање потисне плоче од диска, ради искључивања спојнице. Потисни лежај је аксијални куглични лежај, а ређе се уместо њега користи графитни прстен. Потисни лежај код возила се подмазује.За време рада мотора, када је спојница укључена, потисни лежај треба да буде слободан и удаљен од тањирасте опруге за 2-5 mm. Уколико не би било зазора, лежај би се стално окретао и век би му се битно смањио. Слободан ход потисног лежаја је у директној зависности од хода педале спојнице. Тањираста опруга (5) има задатак да изврши притисак на потисну плочу (8), која даље врши притисак на диск-ламелу. 5
Поклопац спојнице (6) је причвршћен на замајцу помоћу завртњева. За мања возила израђује се од пресованог челичног лима, а за возила веће снаге од ливеног гвожђа.
ПОТИСНА ПЛОЧА Потисна плоча (8) налази се између диска и тањирасте опруге. Има задатак да, под дејством аксијалне силе од тањирасте опруге (5), изврши притисак на диск, који се подужно помера паралелно с осом спојничког вратила и належе на замајац мотора. Код спојнице са једним диском постоји једна потисна плоча, а код спојнице са два диска постоје две потисне плоче. Потисна плоча израђује се од специјалног лива, који треба да има добра фрикциона својства.
ДИСК (ЛАМЕЛА) Диск је део спојнице који се састоји од: главчине (12), носача фрикционих облога (13), фрикционих облога (10) и завојних опруга (15). Унутрашњи део главчине је ожлебљен. Централни део израђује се од челика, а носачи фрикционих облога од челичног лима. Између главчине и носача фрикционих облога налази се одређен број завојних опруга чији је задатак да обезбеде еластичну везу између ових делова. Носач фрикционих облога је посредством завојних опруга у вези са главчином диска. Некада је носач израђиван као једна целина и такво решење је имало одређене недостатке, који су се огледали у недовољно еластичној вези. На носач се причвршћују фрикционе облоге, које имају облик кружних прстенова. Облоге се спајају са носачем помоћу закивака од бакра или алуминијума. За време укључивања спојнице долази до све јачег притиска диска на замајац, чиме се повећава трење између диска и замајца, што омогућује постепено преношење момента. С обзиром да фрикционе облоге треба да обезбеде максималан коефицијент трења, израђују се од специјалног материјала. За израду фрикционих облога користи се азбест, као основни материјал, коме се додају месинг, бакар, цинк и др. Данас се азбест као фрикциони материјал све мање користи.
СПОЈНИЧКО ВРАТИЛО Спојничко вратило (сл. 78) део је спојнице који се једним крајем налази у котрљајућем или клизном лежају у коленастом вратилу (30), а другим крајем се ослања на лежај који се налази у мењачној кутији. Спојничко вратило има задатак да пренесе снагу мотора, односно обртни момент који прима од диска, на мењач. Веза између диска и спојничког вратила је остварена помоћу жлебова и захваљујући таквој вези, диск се може подужно померати по спојничком вратилу. Због тога су ова два дела у директној вези – или се оба окрећу или оба мирују. Један крај спојничког вратила налази се у мењачу и најчешће се завршава зупчаником. На чеоној страни у средишњем делу спојничког вратила налази се лежај у коме се окреће један крај главног вратила мењача. Лежај је најчешће игличаст.
6
ДВОЛАМЕЛАСТА СПОЈНИЦА На слици 80 приказан је пресек спојнице са два диска. Ова конструкција се примењује на возилима велике снаге мотора, односно укупне масе возила. Поред тога што постоје два диска, морају постојати и две потисне плоче. Активирање дволамеласте спојнице врши се помоћу хидропнеуматичног уређаја (серво-уређаја). Потребна сила за активирање обезбеђује се активирањем клипа пнеуматске инсталације на који делује ваздух под притиском (око 5 bara). Завојне опруге (2) имају задатак да обезбеде довољну силу притиска на потисну плочу. Опруге су једним крајем ослоњене на корпу. (поклопац) спојнице, а другим крајем на потисну плочу. Због улоге коју имају, увек се налазе у преднапону. Завојне опруге су кружно распоређене по потисној плочи и поклопцу спојнице. На слици 81 приказан је хидропнеуматски преносни механизам.
ИСКЉУЧИВАЊЕ И УКЉУЧИВАЊЕ СПОЈНИЦЕ Када возач притисне педалу спојнице (сл. 81–1), врши се притисак на полугу (2), односно на клип (3). Кретањем клипа у цилиндру сабија се уље, које под притиском отвара вентил (6) и одлази у комбиновани цилиндар (У). Уље врши притисак на клип (7) који својим кретањем отвара одговарајући вентил и на тај начин омогућава одлазак ваздуха под притиском из резервоара (16), преко прикључка (Ц), у ваздушни цилиндар спојнице. Доласком ваздуха у овај цилиндар врши се притисак на клип (11), помера се клип (12) и полуга (14). Под дејством створене силе клип (12) помера полугу (14) која условљава окретање осовине (13). На осовини (13) налази се виљушка (сл. 80–3). За време окретања осовине виљушке, полуге виљушке (3) делују на потисни лежај (5), тако да он врши притисак на двокраке полуге (7). Пошто је двокрака полуга другим крајем у вези са потисном плочом (10), доћи ће до повлачења потисне плоче (10) према поклопцу спојнице (9), а тиме и до сабијања завојних опруга (2). Померањем прве потисне плоче истовремено долази до померања и друге потисне плоче, под дејством завојних опруга, које се налазе између замајца (11) и друге потисне плоче. На основу овога може се закључити да су дискови (1) слободни, јер на њих не належу потисне плоче, а такође немају додира ни са замајцем (11), па је спојница искључена. Када се попушта педала спојнице, захваљујући систему вентила, уље и ваздух не врше притисак на одговарајуће клипове, јер ваздух одлази у атмосферу, а уље се враћа у цилиндар (а). Под дејством опруга (сл. 80) условљено је померање прве потисне плоче, која належе на први диск и условљава његово кретање подужно по спојничком вратилу (4). Ова сила се преноси даље на другу потисну плочу која належе на диск, чиме се ствара веза између мотора и мењача – спојница је укључена. Без обзира на техничко решење спојнице, мора се обезбедити одговарајући слободни ход педале спојнице, јер је то веома битно за њен век трајања.
ЦЕНТРИФУГАЛНА СПОЈНИЦА Код фрикционе спојнице, као што је већ показано, обртни момент са замајца на спојничко вратило, преноси се трењем које настаје између замајца мотора, ламеле спојнице и потисне плоче. Приликом кретања возила, момент којим мотор располаже на замајцу мора се постепено повећавати, односно његова величина се мора регулисати. Код фрикционих спојница регулисање момента постиже се променом силе притиска 7
између тарућих елемената спојнице, тј. примицањем или одмицањем потисне плоче од ламеле и замајца, а то се регулише командом на педалу спојнице. Максимални момент који се преноси зависи од максималне силе притиска потисне плоче на ламелу спојнице, односно од остварене силе трења између ових елемената (потисна плоча, ламела спојнице и замајац мотора). Максимална величина пренетог момента зависи искључиво од пречника ламеле и карактеристика и броја опруга које притискају потисну плочу – код спојница са завојним опругама (сл. 80), односно од карактеристике тањирасте опруге (сл. 79) – код спојнице са тањирастом опругом. Центрифугална спојница је такође фрикциона спојница. Код те спојнице уграђен је тег који је двокраком полугом преко опруге ослоњен на потисну плочу (сл. 82 D). С променом броја обртаја замајца мотора, на тег делује различита цетрифугална сила, тј. различитом се силом притиска потисна плоча (тег преко двокраке полуге и опруге) која врши притисак на ламелу и замајац, односно остварује се различит притисак између тарућих елемената спојнице (замајац, ламела и потисна плоча). Величина силе притиска регулише се бројем обртаја мотора, тј. аутоматски, а не командом на педалу спојнице као код класичне фрикционе спојнице. Приликом поласка возила, када је број обртаја мали, остварена сила притиска између тарућих површина је мала па је самим тим и моменат којим се преноси мали. С повећањем броја обртаја мотора повећава се и пренети момент па се тиме аутоматски укључује фрикциона спојница. На слици 82 А приказана је искључена, а на слици 82 B укључена центрифугална спојница. Када мотор ради са недовољним бројем обртаја, тада је тег у положају А. Наиме, нема притиска потисне плоче на ламелу спојнице и у том случају се не преноси обртни моменат на спојничко вратило. Када мотор достигне довољан број обртаја, тада, услед центрифугалне силе, долази до размицања тегова, тако да тег преко полуге делује на потисну плочу и остварује се трење између потисне плоче, ламеле и замајца чиме је омогућено преношење обртног момента, односно укључивање спојнице (сл. 82 B). Овај тип спојнице примењује се код лаких возила и код моторцикла. Поред ових, постоје и спојнице код којих се сила притиска између потисне плоче, ламеле и замајца остварује електромагнетом (сл. 83). Принцип рада спојнице је идентичан као код сваке фрикционе спојнице, а електромагнет (сл. 83 под 1) замењује функцију опруге. Постоје и електромагнетне спојнице које обртни момент преносе на тај начин што се у спојници налази уље са финим металним опиљцима (сл. 84). Када је спојница искључена, метални опиљци који се налазе у флуиду се понашају као и сам флуид. У тренутку укључивања магнета, ствара се магнетно поље кроз флуид. Опиљци који се налазе у флуиду, у тренутку стварања магнетног поља, веома ефикасно преносе обртни момент са замајца на посебно обликован диск који има улогу ламеле код фрикционе спојнице. Овакве спојнице су дуготрајне.
ХИДРОДИНАМИЧКЕ СПОЈНИЦЕ Поред фрикционих спојница, постоје и спојнице код којих се обртни моменат преноси флуидом – тзв. хидродинамичке спојнице. Код овог типа спојнице нема елемената који се додирују (као код фрикционих спојница). Наиме, код овог типа преносника снаге, механичка енергија која се са мотора преноси преко замајца предаје се флуиду, од стране специјално конструисаног кола, које се назива пумпно коло. Пренесена кинетичка енергија флуида даље се флуидом предаје другом колу, које је конструисано на истом принципу као и пумпно коло и назива се турбинско коло. Значи, хидродинамичка спојница је састављена од: – пумпног кола – које саопштава енергију флуиду, 8
– турбинског кола – које прима енергију флуида и – заштитног омотача – чији је задатак да флуид задржи у спојници. Преимућство хидродинамичке спојнице је у следећем: – меко полажење из места, – могућност стабилног кретања у директном степену преноса, – пригушење свих вибрација, што значи да је хидродинамичка спојница одличан пригушивач, – укључивање спојнице је аутоматско, независно од умећа возача. Да би хидродинамичка спојница преносила обртни момент, неопходно је да се одређена енергија преда турбинском колу, односно приликом рада хидродинамичке спојнице увек постоји проклизавање између пумпног и турбинског кола, нарочито при великим проклизавањима, коефицијент корисности је мали. Из тих разлога се, при пројектовању хидродинамичке спојнице, води рачуна да спојница ради у области веома малих проклизавања 1% – 3%. Други недостатак хидродинамичких спојница је тај што се спојница никада потпуно не ,,одваја'', па се увек преноси одређен обртни моменат. Из тог разлога хидродинамичке спојнице се комбинују са фрикционом. Могућност примене хидродинамичке спојнице без фрикционе је код возила која имају планетарни мењачни преносник (укључивање појединих степена преноса врши се кочењем одређеног елемента планетарног механизма). Како код хидродинамичких спојница нема усмеравајућег кола, то су моменти на пумпном и турбинском колу једнаки.
9
ЗАКЉУЧАК: Карактеристика преноса обртног момента зависи од облика лопатица које могу бити различито изведене. Из тог разлога, што се увек преноси одређен обртни момент, хидродинамичке спојнице се коминују са фрикционим, те дају веома добре резултате. Предности хидродинамичке спојнице су: – меко полажење из места, – могућност стабилног кретања у директном степену преноса, – пригушење свих вибрација, што значи да је хидродинамичка спојница одличан пригушивач, – укључивање спојнице је аутоматско, независно од умећа возача.
10
