Wały napędowe i przeguby


Napęd ze skrzynki biegów do mostu napędowego jest przenoszony przez wał napędowy wykonany najczęściej w postaci rury ciągnionej bez szwu ze stali węglowej o zawartości węgla 0,2÷0,4% C. Wał napędowy zaopatrzony jest w przeguby, które umożliwiają mu wychylanie się, oraz złącze wielowypustowe służące do niewielkiej zmiany jego długości podczas ruchu samochodu.
Wał napędowy może pracować jako wał odkryty lub zakryty (w pochwie). Częściej stosowany jest wał odkryty, który na obu swoich końcach zaopatrzony jest w przeguby. W celu zabezpieczenia złącza wielowypustowego przed zanieczyszczeniami stosuje się osłony gumowe.
W długich samochodach ciężarowych i w autobusach, ze względu na znaczną odległość między mechanizmami, stosowane są wały napędowe dwuczłonowe lub trzyczłonowe. Przeguby łączące poszczególne człony są zwykle ułożyskowane we wspornikach przymocowanych śrubami do poprzeczek ramy.
Liczba wałów napędowych w samochodzie zależy od liczby mostów napędowych. Zwykle napęd ze skrzynki rozdzielczej na poszczególne mosty napędowe przekazują oddzielne wały napędowe.

Przeguby wału napędowego

Przeguby umożliwiają wychylanie wału napędowego podczas ruchu samochodu. Ze względu na właściwości kinematyczne przeguby wałów napędowych dzielą się na proste i równobieżne, czyli homokinetyczne.
Przeguby proste. Przeguby proste dzieli się na krzyżakowe (sztywne) i elastyczne. Prędkość kątowa wału napędzanego przy zastosowaniu połączenia przegubem prostym zmienia się dwukrotnie w ciągu jednego obrotu (przy stałej prędkości elementu napędzającego), natomiast przy zastosowaniu przegubu homokinetycznego prędkości obu wałów są zawsze sobie równe.
Powszechnie stosowanym typem przegubu prostego jest przegub krzyżakowy. Przeguby takie umożliwiają przekazywanie napędu pod kątem do 15° i są bardzo wytrzymałe. Stosowanie większych kątów między wałami połączonymi przegubem krzyżakowym jest niewskazane ze względu na nadmierny wzrost nierównomierności prędkości obrotowej wału napędzanego.
Prosty przegub krzyżakowy składa się z dwóch widełek (członów), osadzonych na końcach wałów,oraz krzyżaka, którego czopy wchodzą w odpowiednie otwory widełek i w ten sposób łączą się ze sobą oba wały. Czopy krzyżaka ułożyskowane są w otworach widełek w łożyskach igiełkowych, rzadziej ślizgowych. Zewnętrzne bieżnie łożysk igiełkowych stanowią tzw. szklanki, wciśnięte w ucha widełek i zabezpieczone pierścieniami Seegera lub specjalnymi płytkami. Smarowanie łożysk zapewnia zaworek smarowy wkręcony w środku krzyżaka oraz zaworek przelewowy. Części przegubu wykonuje się z wysokogatunkowych stali stopowych.

Do przegubów prostych zalicza się również przeguby elastyczne. Istnieje duża różnorodność rozwiązań takich przegubów. W przegubach tych łączącym elementem elastycznym może być guma, skóra lub tkanina nasycona gumą.
Przeguby elastyczne (rysunek 2) stosowane są do przenoszenia napędu przy małych kątach odchylenia (3÷5°). Przeguby takie są niezbyt wytrzymałe, lecz- jako łatwe do wymiany i nie wymagające konserwacji- znajdują dość szerokie zastosowanie. Ponadto ponieważ moment obrotowy w takich przegubach przenoszony jest przez wkładki gumowe, odgrywają one dodatkowo rolę tłumików drgań skrętnych układu napędowego.

Przeguby proste ze względu na nierównomierność prędkości wałów- powodują drgania i zakłócenia w pracy układu napędowego. Dla zapewnienia możliwie równomiernego przenoszenia momentu obrotowego wał napędowy wyposaża się w dwa przeguby krzyżakowe. Wał napędowy w stosunku do wałka głównego skrzynki biegów jest wałem napędzanym, a w stosunku do zębnika (wałka atakującego) przekładni głównej- napędzającym. Dzięki takiemu rozwiązaniu przeguby wzajemnie wyrównują swoje działanie. Jednak ten wyrównujący efekt można uzyskać tylko wówczas, gdy przeguby są założone prawidłowo: widełki przegubów związane z wałem napędowym muszą leżeć w jednej płaszczyźnie.
Przeguby homokinetyczne. Przeguby te nie mają omówionej wady przegubów prostych i dlatego służą do przekazywania napędu pod dużymi kątami (np. przy napędzie na przednie koła kierowane).
Przegub Weissa składa się z następujących części (rysunek 3) :

Przegub Rzeppa(rysunek 4) przenosi napęd z półosi na wał za pośrednictwem sześciu kul. Mieszczą się one w wyżłobieniach kulistej czaszy, którą zakończony jest wał, i piasty kulistej osadzonej na wielowypustach półosi. Kule utrzymywane są w określonym położeniu przez koszyczek. Dźwignia, osadzona przegubowo w specjalnym gnieździe w zakończeniu półosi, a drugim końcem wewnątrz czaszy, służy łącznie z czaszą do ustawienia kul w płaszczyźnie dzielącej (w przybliżeniu) kąt między wałami na połowy. Przegub Rzeppa może pracować przy kątach wychyleń wału do 35°(w nowych rozwiązaniach nawet do 40°).

Przeguby Birfielda stanowią udoskonaloną wersję przegubu Rzeppa . Ich zaletą jest takie ukształtowanie bieżni prowadnic, przy którym zbędne jest stosowanie elementów środkujących, ponieważ geometria prowadnic zapewnia samoczynne ustawianie się kul we właściwym położeniu. Przeguby te wykazują wiele zalet w porównaniu z innymi przegubami homokinetycznymi. Są zwarte, odznaczją się dużą wytrzymałością oraz możliwością przenoszenia znacznych obciążeń dynamicznych. Maksymalny kąt odchylenia wałów przekracza 40°. Cechy te sprawiły, że przeguby Birfielda są stosowane w większości nowoczesnych samochodów osobowych w przednim napędem.

Przegub Tracta( rysunek 6) stosuje się w samochodach wymagających dużego skrętu kół przednich, gdyż dopuszcza on wychylenie do 50°. Przegub ten- ze względu na duże trudności wykonawcze i związany z tym wysoki koszt- jest stosowany dość rzadko.