Sprzęgła

Sprzęgło służy do płynnego łączenia i rozłączania silnika z mechanizmami przeniesienia napędu. Umożliwia ruszanie, zmianę biegów, zatrzymanie i bardzo powolną jazdę na motocyklu poruszającym się na przykład w ciężkim terenie. Sprzęgło motocyklowe umieszczone jest zazwyczaj na wałku wejściowym skrzyni biegów lub na czopie wału korbowego, a niekiedy na oddzielnym wałku sprzęgłowym. Sporadycznie sprzęgło występuje w tylnym kole motocykla i odłącza napęd przenoszony ze skrzyni biegów. Takie rozwiązanie stosowane było w niektórych jednośladach marki Puch. Większość motocykli posiada cierne, tarczowe sprzęgła mechaniczne, sterowane ręcznie lub automatyczne, mechaniczne sprzęgła odśrodkowe. Bardzo rzadko występują sprzęgła hydrokinetyczne i elektromagnetyczne. Cierne sprzęgła wielotarczowe mogą pracować na sucho lub w kąpieli olejowej. Większość współczesnych motocykli użytkowych posiada sprzęgła wielotarczowe mokre, pracujące w kąpieli olejowej. Wyjątek stanowią silniki umieszczone wzdłużnie (wał korbowy wzdłuż osi głównej motocykla), gdzie występują jedno- lub wielotarczowe sprzęgła pracujące na sucho. Sprzęgła suche stosowane są także w wyścigowych motocyklach wyczynowych, głównie z powodu szybszej reakcji sprzęgieł tego typu.

Sterowanie sprzęgłem motocyklowym odbywa się za pomocą dźwigni umieszczonej po lewej stronie kierownicy, działającej za pośrednictwem cięgna linkowego lub układu hydraulicznego na mechanizm włączający. W niektórych starszych modelach motocykli spotyka się nożne sterowanie sprzęgła, a w większości motocykli Jawa występuje mechanizm półautomatycznego włączania sprzęgła, połączony z klasyczną dźwignią ręczną.

Mechanizm wyłączający to zazwyczaj dźwignia, przekładnia ślimakowa lub zębatkowa, współpracująca z popychaczem prętowym, grzybkowym lub pociągowym elementem wysprzęglającym. Sprzęgło jest włączone, gdy tarcze cierne (w sprzęgłach jednotarczowych pojedyncza tarcza cierna) ściśnięte są między tarczami dociskowymi. Ściśnięcie tarcz powoduje jedna lub kilka sprężyn wchodzących w skład sprzęgła. Zwykle są to sprężyny śrubowe pracujące na ściskanie. W niektórych konstrukcjach spotkać można sprężyny tarczowe lub śrubowe pracujące na rozciąganie. Wciśnięcie dźwigni sprzęgła powoduje ściśnięcie sprężyn (pracujących na ściskanie), dzięki czemu powstaje luz pomiędzy tarczami ciernymi (połączonymi zazwyczaj z koszem sprzęgła) a tarczami dociskowymi (osadzonymi zazwyczaj na zabieraku sprzęgła). Powstawanie luzu powoduje osłabienie siły tarcia odpowiedzialnej za przekazywanie napędu. Połączenie między silnikiem i skrzynią biegów rozłącza się. Jeżeli dźwignia sterująca pracą sprzęgła nie jest całkowicie wciśnięta, to sprzęgło pozostaje częściowo włączone i pracuje z poślizgiem. Jest to pomocne podczas ruszania i pokonywania przeszkód terenowych, lecz długotrwałe utrzymywanie częściowo włączonego sprzęgła powoduje przyspieszone zużycie tarcz.

Podstawowymi czynnikami mającymi wpływ na działanie sprzęgła jest siła sprężyn i stan tarcz sprzęgłowych, a zwłaszcza grubość i współczynnik tarcia materiału, z którego wykonane są okładziny tarcz ciernych. Przyczyną wadliwego działania sprzęgieł motocyklowych, mogą być również zużyte współpracujące powierzchnie kosza, tarcz i zabieraka, nadmierne bicie tarcz i luzy w łożyskowaniu sprzęgła. Sprzęgło służy do płynnego łączenia i rozłączania silnika z mechanizmami przeniesienia napędu. Umożliwia ruszanie, zmianę biegów, zatrzymanie i bardzo powolną jazdę z wykorzystaniem poślizgu tarcz sprzęgłowych. Sprzęgło, którego tarcze pracują w kąpieli olejowej, wykazuje się spokojniejszą i płynną pracą, pozbawioną gwałtowniejszych szarpnięć i drgań związanych z niezbyt precyzyjnym operowaniem dźwignią sprzęgła i rączką gazu. Śledząc pracę sprzęgła mokrego, zaobserwujemy cztery zasadnicze fazy jego pracy:

1. Dźwignia sprzęgła wciśnięta – tarcze cierne oddalone od tarcz ślizgowych. Napęd faktycznie nie jest przenoszony. Możemy obserwować przenoszenie niewielkiej siły napędowej z powodu tarcia między cząsteczkami oleju, wypełniającymi przestrzeń pomiędzy tarczami.

2. Dźwignia sprzęgła częściowo wciśnięta – tarcze cierne współpracują z tarczami ślizgowymi, do których są dociśnięte z niewielką siłą. Sprzęgło ślizga się i nie przenosi dużej siły napędowej.

3. Dźwignia sprzęgła puszczona – tarcze cierne dociśnięte do tarcz ślizgowych z dużą siłą. Sprzęgło nadal pracuje w poślizgu z powodu warstewki oleju znajdującej się pomiędzy tarczami. Dzięki temu sprzęgło nie szarpie i w pewnym stopniu koryguje błędy kierowcy związane ze zbyt gwałtownym puszczeniem dźwigni sprzęgła lub dodaniem gazu. Motocykl rusza płynnie.

4. Dźwignia sprzęgła puszczona – tarcze cierne dociśnięte do tarcz ślizgowych z dużą siłą. Na skutek działanie siły odśrodkowej olej został usunięty spomiędzy wirujących tarcz sprzęgła i sprzęgło pracuje teraz bez poślizgu, zdolne do przeniesienia pełnej mocy silnika.

Sprzęgła suche posiadają jedynie trzy fazy pracy, gdyż brak tam poślizgu wywołanego obecnością oleju. Jest to pożądane w wyścigowych motocyklach wyczynowych, ale przy normalnej eksploatacji, utrudnia prowadzenie. Niestety obecność oleju w komorze sprzęgła może być też wadą, gdyż wymusza stosowanie specjalnych motocyklowych gatunków oleju. Kolejną wadą sprzęgła mokrego jest dość szybkie zużywanie okładzin i tarcz ślizgowych podczas dynamicznej jazdy. Dzieje się tak dlatego, że tarcze sprzęgła mokrego dużo dłużej pracują w poślizgu, który jeszcze się wydłuża w przypadku większych obciążeń przenoszonych przez sprzęgło. Sprzęgła mokre najlepiej sprawdzają się przy spokojnej jeździe i wówczas ich żywotność sporadycznie może dochodzić nawet do $100000\mathrm{km}$.

Oddzielną grupę stanowią sprzęgła odśrodkowe (automatyczne), współpracujące z mechanicznymi i automatycznymi skrzynkami przekładniowymi. Sprzęgło takie włącza napęd w momencie zwiększenia prędkości obrotowej wału korbowego silnika (dodanie gazu powoduje włączenie napędu), za sprawą wirujących szczęk z okładzinami ciernymi, które przy zwiększonej prędkości obrotowej pokonują siłę sprężyn i dociskają do powierzchni dzwonu sprzęgła, płynnie włączając napęd.

RqS6K5zDrqL8g

Sterowane ręcznie sprzęgło jednotarczowe suche

R17QUOCQ7XbpX

Sprzęgło wielotarczowe mokre, widoczny kosz sprzęgłowy i tarcza ślizgowa zamontowana na zabieraku sprzęgłowym

R1LXAHam60l4b

Sprzęgło automatyczne odśrodkowe w układzie napędowym skutera

Galeria zdjęć przedstawia różnego rodzaju sprzęgła opisane w treści powyżej.

Manualne skrzynie biegów

Skrzynia biegów pozwala na uzyskanie różnych przełożeń pomiędzy silnikiem a tylnym kołem oraz na odłączenie silnika od tylnego koła w pozycji luz. Pierwszy bieg służy do przekazywania na tylne koło znacznego momentu obrotowego, przy bardzo małych szybkościach. Jest to konieczne przy ruszaniu i kontynuowaniu jazdy w bardzo ciężkim terenie. Przełożenia skrzyni biegów służą do utrzymania obrotów silnika w zakresie między maksymalnym momentem obrotowym a maksymalną mocą lub zbliżonym. Pozwala to motocyklowi na uzyskiwanie dużej zdolności pokonywania wzniesień przy zachowaniu zdolności do osiągania znacznej prędkości. Mechaniczne motocyklowe skrzynie biegów posiadają od dwóch przełożeń w motororowerach i minimotocyklach do sześciu i więcej w motocyklach sportowych.

Pod względem budowy wewnętrznej skrzynie biegów dzielimy na dwuwałkowe i trójwałkowe. W skrzyniach dwuwałkowych napęd od silnika podawany jest na wałek główny (wejściowy) i przenoszony za pośrednictwem pary współpracujących kół zębatych na wałek zdawczy (wyjściowy). Takie rozwiązanie stosowane jest w większości współczesnych motocykli.

Skrzynie trójwałkowe charakteryzują się tym, że wejście i wyjście napędu leży w jednej osi. Na biegu bezpośrednim w przeniesieniu napędu nie bierze udziału wałek pośredni, a jedynie wałek główny i zdawczy, które są wówczas zblokowane ze sobą. Na pozostałych biegach napęd przenoszony jest za pośrednictwem dwóch par kół zębatych, najpierw z wałka głównego na wałek pośredni, a następnie z wałka pośredniego na wałek zdawczy. Takie rozwiązanie stosowane jest między innymi w polskim motocyklu Junak M10 i w starszych motocyklach, gdzie założenia konstrukcyjne wymagały umieszczenia łańcucha sprzęgłowego i łańcucha napędowego po tej samej stronie motocykla.

Motocykle ciężkie, wyposażone we wsteczny bieg, posiadają dodatkowe koło zębate odwracające kierunek obrotów wałka zdawczego, umieszczone zazwyczaj na osobnym wałku.

W większości motocykli zmiana biegów odbywa się za pomocą dźwigni nożnej. Najpopularniejszym mechanizmem zmiany biegów jest układ wodzikowy, przesuwający przesuwki lub koła zębate stale zazębione z wałkami. Sterowanie wodzikami odbywa się przeważnie za pośrednictwem pazurkowo‑kołkowego mechanizmu zmieniacza osadzonego na wałku sterowania wodzików. Innym sposobem jest system z klinem lub trzpieniem przesuwnym, współdziałającym z kulkami blokującymi stale zazębione ze sobą koła zębate.

Większość motocykli posiada sygnalizację biegu luzem za pomocą lampki kontrolnej. Niektóre modele posiadają diodowe lub ciekłokrystaliczne wyświetlacze informujące o aktualnym przełożeniu skrzyni biegów.

Rdf0o0BAnQ9in

Na grafice przedstawiono przekrój silnika trójcylindrowego rzędowego z dwuwałkową manualną skrzynką przekładniową.

RVdIPLyTUh8bf

Na grafice dwuwałkowa skrzynia biegów z układem zmiany biegów.

Automatyczne skrzynie bezstopniowe

Automatyczne skrzynie biegów stosowane są powszechnie w motorowerach i skuterach. Motocykle większej pojemności sporadycznie wyposażane są w urządzenia tego typu. Przekładnia automatyczna znakomicie ułatwia kierowanie motocyklem. Przydatne jest to szczególnie w ruchu miejskim, kiedy na niewielkim odcinku zachodzi konieczność wielokrotnego zatrzymywania, ruszania i zmiany prędkości jazdy. Najprostszą automatyczną skrzynią biegów jest bezstopniowa przekładnia mechaniczna z kołami pasowymi o zmiennej średnicy. Połączenie automatycznej przekładni z automatycznym sprzęgłem odśrodkowym pozwala na ruszanie, jazdę i zatrzymywanie jednośladu wyłącznie przy użyciu rączki gazu i dźwigni hamulca. W jednośladach można też spotkać automatyczne przekładnie hydrostatyczne i hydrokinetyczne, ale nie jest to powszechne.

Działanie bezstopniowej przekładni w skuterach

Większość współczesnych skuterów posiada pasowe przekładnie bezstopniowe. Przekładnia bezstopniowa składa się z klinowego pasa napędowego, współpracującego z kołami pasowymi o zmiennej średnicy. Jedno z tych kół jest kołem pasowym biernym, a drugie jest kołem pasowym czynnym, czyli aktywnie zmieniającym średnicę roboczą pod wpływem działania siły odśrodkowej. Kluczowym elementem skuterowej przekładni bezstopniowej jest multiwariator, czyli czynne koło pasowe. Mechanizm multiwariatora powoduje płynną zmianę średnicy koła pasowego przy zmianie jego prędkości obrotowej. Ponieważ multiwariator zazwyczaj jest montowany na wale korbowym silnika, skonstruowany jest tak, że wraz ze wzrostem prędkości obrotowej wału korbowego wzrasta średnica koła pasowego multiwariatora. Ponieważ pas napędowy nie rozciąga się, drugie koło pasowe, które odbiera napęd i przekazuje dalej na sprzęgło odśrodkowe, przekładnię i tylne koło, musi zmniejszać swoją średnicę. Jest to koło pasowe bierne. Bieżnie biernego koła pasowego ściskane są mocną sprężyną przeciwdziałającą zmniejszaniu średnicy, na której pracuje pas. Kiedy silnik nie pracuje lub rozwija niewielką moc przy wolnych obrotach, koło pasowe połączone z multiwariatorem posiada najmniejszą średnicę, a drugie koło pasowe ma wówczas średnicę największą, czyli przełożenie pomiędzy silnikiem a tylnym kołem jest największe. Takie przełożenie w przekładni bezstopniowej utrzymuje się, gdy skuter rusza i jedzie powoli. Wraz ze wzrostem obrotów wału korbowego wzrasta średnica koła pasowego połączonego z multiwariatorem. Przy maksymalnych obrotach silnika średnica koła pasowego połączonego z multiwariatorem jest największa, a średnica koła pasowego odbierającego napęd jest najmniejsza i wówczas mamy najmniejsze przełożenie pomiędzy silnikiem a tylnym kołem (skuter jedzie szybko). Multiwariator wykorzystuje w swym działaniu siłę odśrodkową, która jest używana do zwiększania średnicy koła pasowego. Najpopularniejsze są multiwariatory rolkowe, jednak w sporcie wykorzystywane są także multiwariatory dźwigniowe (są droższe i nie posiadają wad mechanizmów rolkowych). Multiwariator rolkowy składa się z dwóch tarcz. Wierzchnia tarcza jest dość płaska, a wewnętrzna jest mocno wgłębiona. Zazwyczaj wewnętrzna tarcza posiada bieżnie dla rolek. Rolki składają się z rdzenia i powłoki odpornej na ścieranie. Wewnętrzna tarcza multiwariatora połączona jest sztywno z jedną połówką koła pasowego i może przesuwać się pomiędzy tarczą zewnętrzną i drugą połówką koła pasowego. Siłę zapewniającą rozpieranie połówek koła pasowego multiwariatora zapewnia sprężyna ściskająca połówki koła pasowego biernego. Siła odśrodkowa działająca na rolki powoduje przetaczanie ich w bieżniach w kierunku zewnętrznej średnicy tarcz multiwariatora. Jednocześnie pokonywany jest opór sprężyny i ściskane są połówki koła pasowego połączonego z multiwariatorem, a więc średnica koła pasowego multiwariatora wzrasta wraz ze wzrostem obrotów. Jednocześnie maleje średnica koła pasowego biernego, gdyż takie działanie wymusza pas klinowy o niezmiennej średnicy.

Działanie multiwariatora, czyli jego reakcje na zmianę obrotów wału korbowego, zależne są głównie od ciężaru rolek i siły sprężyny współdziałającej z kołem pasowym biernym. Fabryczne rolki mają ciężar dochodzący do $8$ gramów, a rolki proponowane przez firmy tuningowe mają ciężar nawet około $2$ gramów. Oczywiście im lżejsze rolki, tym późniejsza będzie reakcja multiwariatora na wzrost prędkości obrotowej wału korbowego, czyli lekkie rolki sprzyjają wkręcaniu się silnika na wysokie obroty i sprzyjają też pracy na wysokich obrotach w całym zakresie prędkości. Największą wadą multiwariatorów rolkowych jest duża siła tarcia występująca pomiędzy rolkami i ich bieżniami. Tarcie powoduje dość szybkie zużywanie powierzchni rolek, a mocno zużyte rolki mają tendencję do blokowania się w bieżniach i powodują oporne działanie multiwariatora. Jego praca nie przebiega już tak płynnie. Te wady nie występują w multiwariatorach dźwigniowych, gdzie tarcie występuje głównie na osiach dźwigni. Multiwariatory dźwigniowe zazwyczaj są nieco cięższe, a ich konstrukcja jest bardziej skomplikowana. Nie występują tam jednak kłopoty związane z blokowaniem rolek w bieżniach, a co z tego wynika, automatyczna przekładnia skutera wyposażonego w multiwariator dźwigniowy zazwyczaj bardzo płynnie zwiększa i zmniejsza przełożenie, bez denerwujących szarpnięć i nagłych zmian obrotów silnika.

R1M7UWOoyiWs9

Na grafice przedstawiono przekrój zespołu napędowego skutera z widocznymi elementami przekładni CVT.

Ro2iIOlSnEtrM

Na grafice przedstawiono części składowych multiwariatora rolkowego.

Powrót do spisu treściD13jaKuFOPowrót do spisu treści

Powiązane materiały multimedialne

• Animacja 3D Animacja wybranych układów, podzespołów i zespołów pojazdów motocyklowych w 3DDGy29YdRUAnimacja 3D Animacja wybranych układów, podzespołów i zespołów pojazdów motocyklowych w 3D

• Grafika interaktywna Rodzaje oraz budowa wybranych układów, podzespołów i zespołów pojazdów motocyklowychDahIFgQxtGrafika interaktywna Rodzaje oraz budowa wybranych układów, podzespołów i zespołów pojazdów motocyklowych