Sprzęgła cierne, tarczowe – trochę teorii

Sprzęgło musi być tak dobrane do silnika, aby wartość przenoszonego momentu obrotowego przez sprzęgło była wyższa niż maksymalny moment obrotowy silnika. W przeciwnym wypadku przy większych obciążeniach (np. podczas pkonywania wzniesień) mogłoby dochodzić do pośligu sprzęgła.

Projektowanie sprzęgła przebiega w dwóch etapach obejmujących:

• obliczenia wstępne, umożliwijące przede wszystkim wyznaczenie wymiarów okładzin ciernych,
• obliczenia wytrzymałościowe podzespołów sprzęgła.

Ogólnie można powiedzieć, że obliczenia wytrzymałościowe zapewniają zachowanie pełnej funkcjonalności sprzęgła przy optymalnych wymiarach i masie. Ogromne znaczenie ma także trwałość sprzęgła jako zespołu, choć doskonale wiemy, że głównie decyduje o tym trwałość sprzęgłowej. Oczywiście nie można pominąć na tym etapie projektowania innych podzespołów takich jak chociażby wałka sprzęgłowego, łożysk, sprężyn czy mechanizmu sterującego.

W celu obliczenia wymiarów okładzin konieczne jest uwzględnienie następujących parametrów:

• współczynnika tarcia okładzin
• siły docisku
• wartości przenoszonego momentu
• współczynnika bezpieczeństwa

Współczynnik tarcia μ jest równy ilorazowi siły tarcia T i siły docisku okładzin F_A:

μ=T/F_A

O wartości tego współczynnika decyduje rodzaj materiału okładziny sprzęgła – dla okładzin ogranicznych wynosi ok. 0,28, a dla nieorganicznych ok. 0,38. Im wyższy współczynnik tym lepiej :).

Siła docisku F_A zależy od parametrów sprężyny (lub sprężyn) dociskowych i jest ograniczona dopuszczalnymi naciskami jednostkowymi okładzin ciernych wynoszącymi ok. 25 [N/cm²]. Warto tutaj nadmienić, że wraz ze zużyciem okładzin (i przesunięciem tarczy dociskowej) wskutek częściowego rozprężenia sprężyn dociskowych zmienia się siła docisku. W przypadku sprężyn walcowych siła spada, co jest zjawiskiem nieporządanym (może dochodzić do poślizgu sprzęgła) i dlatego współczesne sprzęgła posiadają najczęściej centralną sprężynę talerzową (nazywana czasami membranową).

Wartość przenoszonego momentu M_K – jak już pisałem na początku – musi być większa od maksymalnego momentu obrotowego silnika, a można ją wyliczyć z następującej zależności:

M_K=F_Aμ r_mz [Nm]

gdzie:

• M_K – moment obrotowy przenoszony przez sprzęgło
• F_A – siła docisku okładzin
• μ – współczynnik tarcia

• r_m – średni promień tarcia (opisany poniżej)
• z – liczba par powierzchni trących, która dla sprzęgła jednotarczowego wynosi 2 (pierwsza para – koło zamachowe i tarcza sprzęgłowa, druga para – tarcza sprzęgłowa i tarcza dociskowa)

Średni promień tarcia to promień pierścienia tarczy sprzęgłowej na którym działa siła tarcia T:

Współczynnik bezpieczeństwa S – określa ile razy moment przenoszony przez sprzęgło M_K jest większy od momentu obrotowego silnika M_max:

M_K= S M_max

Dla samochodów osobowych S wynosi od 1,3 do 1,8.