Spojka - Clutch
Spojka je mechanické zařízení, které zabírá a odpojí napájení přenosu , a to zejména z hnacího hřídele ( hnací hřídel ) s hnanou hřídelí. V nejjednodušší aplikaci spojky spojují a rozpojují dva otočné hřídele (hnací hřídele nebo liniové hřídele ). V těchto zařízeních je jeden hřídel obvykle připojen k motoru a druhý k pohonné jednotce (hnací člen), zatímco druhý hřídel (poháněný člen) poskytuje výstupní výkon pro práci. Obvykle se jedná o rotační pohyby, ale existují také lineární spojky.
V motorovém vozidle funguje spojka jako mechanické spojení mezi motorem a převodovkou a krátce odpojuje nebo odděluje motor od převodového systému. Při každém sešlápnutí pedálu spojky se odpojí hnací kola , což řidiči umožní plynule přeřadit.
Například u vrtačky řízené točivým momentem je jeden hřídel poháněn motorem a druhý pohání sklíčidlo. Spojka spojuje oba hřídele, takže je lze vzájemně zablokovat a otáčet se stejnou rychlostí (v záběru), zablokovat dohromady, ale otáčet se různými rychlostmi (uklouznutí) nebo odemknout a otáčet se různými rychlostmi (odpojeno).
Design
Suchá spojka
Suchá spojka používá suchého tření, k přenosu síly ze vstupního hřídele na výstupní hřídel. Většina spojek jsou suché spojky. Někdy je vyžadováno prokluzování třecí spojky (kde je spojka částečně v záběru, ale hřídele se otáčejí různými rychlostmi), například když motorové vozidlo zrychluje z klidu; skluz by však měl být minimalizován, aby se zabránilo zvýšenému opotřebení.
U tažné spojky se sešlápnutím pedálu zatáhne uvolňovací ložisko a spojka se odpojí. U spojky typu push se sešlápnutím pedálu tlačí uvolňovací ložisko a spojka se odpojí.
Lamelová spojka se skládá z několika třecích desek uspořádány soustředně a někdy se používá, aby se zmenšoval průměr spojky, nebo na různé ‚fáze‘ prokluzu (například v táhnout závodním voze) pro řízení rychlosti, při které se točivý moment motoru se přenáší na kola při akceleraci ze stoje.
Materiály
Běžným třecím materiálem je pryskyřice z organické sloučeniny s povrchem z měděného drátu nebo keramický materiál. Keramické materiály mohou často přenášet vyšší točivé zatížení, ale mohou způsobit zvýšené míry opotřebení setrvačníku . Až do poloviny devadesátých let se azbest používal také ve spojkových lamelech.
Středy pružin a tlumiče spojky
Kotouč spojky může obsahovat pružiny, které jsou navrženy tak, aby měnily vlastní frekvenci kotouče spojky, aby se omezily vibrace nebo slyšitelné chrastění z převodovky, když motor běží na volnoběh v neutrálu.
Tlumič spojky je zařízení, které změkčuje reakci záběru/rozpojení spojky. V automobilových aplikacích to často zajišťuje mechanismus ve středu kotouče spojky.
Mokrá spojka
U mokré spojky sedí třecí materiál v olejové lázni (nebo má protékající olej), která spojku ochlazuje a maže. To může zajistit hladší záběr a delší životnost spojky, avšak mokré spojky mohou mít nižší účinnost v důsledku přenosu určité energie do oleje. Vzhledem k tomu, že povrchy mokré spojky mohou být kluzké (jako u motocyklové spojky koupané v motorovém oleji), stohování více spojkových kotoučů může kompenzovat nižší součinitel tření, a tak eliminovat prokluz pod výkonem při plném záběru.
Mokré spojky často používaly kompozitní papírový materiál.
Odstředivá spojka
Odstředivá spojka se automaticky zapne, když se zvýší rychlost vstupního hřídele, a vypne se, když se sníží otáčky vstupního hřídele. Aplikace zahrnují malé motocykly , skútry , řetězové pily a některé starší automobily .
Kuželová spojka
Kuželová spojka je podobná suché třecí lamelové spojce, kromě toho, že je třecí materiál nanesen na vnější stranu kuželovitého tvarovaného předmětu. Běžnou aplikací pro kuželové spojky je synchronizační kroužek v manuální převodovce.
Psí spojka
Psí spojka je protiskluzová spojka, která byla použita v nesynchronních převodovkách .
Jednootáčková spojka
Single-revoluce spojka byla vyvinuta v 19. století k napájení strojů, jako jsou nůžky a lisy , kde jeden tah ovládací páky nebo (později) stisknutím tlačítka by výletu mechanismus, zapojit spojku mezi zdrojem energie a stroje klikový hřídel přesně na jednu otáčku před vypnutím spojky. Když je spojka rozpojena a hnaný člen je nehybný. Rané návrhy byly obvykle psí spojky s vačkou na poháněném členu používané k odpojení psů v příslušném bodě.
Ve 20. století byly vyvinuty značně zjednodušené jednootáčkové spojky, vyžadující mnohem menší operační síly a v některých variantách umožňující fixní zlomek otáčky na operaci. Rychle působící třecí spojky v některých aplikacích nahradily psí spojky, čímž odpadl problém nárazového zatížení psů při každém sepnutí spojky.
Kromě použití v těžkých výrobních zařízeních byly na mnoho malých strojů použity jednootáčkové spojky. Například u tabelačních strojů by stisknutím ovládacího tlačítka došlo k vypnutí jediné otáčkové spojky ke zpracování naposledy zadaného čísla. V sazecích strojích stisknutím libovolné klávesy byl vybrán konkrétní znak a také zapojena jedna rotační spojka pro cyklování mechanismu k vysazení tohoto znaku. Podobně u teleprintérů příjem každé postavy aktivoval jednootáčkovou spojku, která ovládala jeden cyklus tiskového mechanismu.
V roce 1928 Frederick G. Creed vyvinul jednootáčkovou pružinovou spojku (viz výše), která byla obzvláště vhodná pro opakované akce start-stop vyžadované u dálnopisů . V roce 1942 vyvinuli dva zaměstnanci společnosti Pitney Bowes Postage Meter Company vylepšenou jednootáčkovou pružinovou spojku. V těchto spojkách je vinutá pružina omotána kolem poháněného hřídele a v rozšířené konfiguraci je držena vypínací pákou. Když se aktivuje, pružina se rychle stáhne kolem hnacího hřídele a spojí se spojkou. Pokud byla vypínací páčka resetována na konci jedné otáčky, zachytí konec pružiny (nebo k ní připojenou západku) a moment hybnosti hnaného členu uvolní napětí na pružině. Tyto spojky mají dlouhou životnost - mnoho z nich provedlo desítky a možná stovky milionů cyklů bez nutnosti údržby kromě občasného mazání.
Jednorychlostní spojky s kaskádovou západkou nahradily jednootáčkové spojky se zavinovací pružinou v tiskárnách stránek, jako jsou teleprintery , včetně Teletype Model 28 a jeho nástupců, za použití stejných konstrukčních principů. Použily je také psací stroje IBM Selectric . Obvykle se jedná o sestavy ve tvaru disku namontované na hnaném hřídeli. Uvnitř hnacího bubnu ve tvaru dutého kotouče jsou dvě nebo tři volně plovoucí západky uspořádány tak, že když je spojka vypnuta, západky vyskočí ven podobně jako boty v bubnové brzdě . Když je v záběru, točivý moment zatížení na každé západce se přenáší na ostatní, aby je udrželi v záběru. Tyto spojky po uzamčení neklouzají a velmi rychle se zapojí, řádově milisekundy. Ze sestavy vybíhá vypínací projekce. Pokud vypínací páka aktivovala tento výstupek, spojka byla odpojena. Když vypínací páčka uvolní tento výstupek, vnitřní pružiny a tření zapojí spojku. Spojka se poté otáčí o jednu nebo více otáček a zastaví se, když vypínací páka opět zasáhne vypínací projekci.
Zpětné spojkové brzdy
Tyto mechanismy byly nalezeny v některých typech synchronních motorem poháněných elektrických hodin. Bylo použito mnoho různých typů synchronních hodinových motorů, včetně manuálních hodin Hammond před druhou světovou válkou. Některé typy samočinných synchronních motorů se vždy spustily, když bylo připojeno napájení, ale podrobně bylo jejich chování chaotické a stejně pravděpodobně se začaly otáčet špatným směrem. K rotoru byla jedním (nebo možná dvěma) stupni redukce spojena rotorová spojková brzda. Pružina se neotáčela. Jeden konec byl opraven; druhý byl volný. Jelo to volně, ale těsně na rotujícím členu, části hodinového ozubeného soukolí. Spojková brzda se při otáčení dozadu zablokovala, ale také měla nějakou pružinovou akci. Setrvačnost rotoru směřujícího dozadu zapojila spojku a vinula pružinu. Jak se odvíjel, restartoval motor ve správném směru. Některé návrhy neměly žádné explicitní pružiny jako takové - ale byly jednoduše vyhovujícími mechanismy. Mechanismus byl namazán a opotřebení nepředstavovalo problém.
Jiné provedení
- Pásová spojka : používá se na zemědělské technice, sekačkách, kultivátorech a sněhových frézách. Síla motoru se přenáší prostřednictvím sady řemenů, které jsou při volnoběhu volné, ale napínací kladka může řemeny utáhnout, aby se zvýšilo tření mezi řemeny a řemenicemi.
- Spojka BMA : Vynalezl Waldo J Kelleigh v roce 1949, který se používá k přenosu točivého momentu mezi dvěma hřídeli sestávajícími z pevného hnacího členu připevněného k jednomu z uvedených hřídelů a pohyblivého hnacího členu, který má styčnou plochu s množstvím prohlubní.
- Elektromagnetická spojka : typicky zapojená elektromagnetem, který je nedílnou součástí sestavy spojky. Jiný typ, magnetická spojka částic , obsahuje magneticky ovlivněné částice v komoře mezi hnacími a hnanými členy - aplikace stejnosměrného proudu způsobí, že se částice shluknou a přilnou k provozním povrchům. Zapojení a uklouznutí jsou pozoruhodně plynulé.
- Spojka vinuté pružiny: má šroubovicovou pružinu, typicky vinutou drátem čtvercového průřezu. Ty byly vyvinuty na konci 19. a počátku 20. století. V jednoduché formě je pružina upevněna na jednom konci k poháněnému členu; jeho druhý konec je nepřipoutaný. Pružina těsně přiléhá k válcovému hnacímu členu. Pokud se hnací člen otáčí ve směru, který by odvíjel, pružina se nepatrně roztahuje a klouže, i když s určitým tažením. Z tohoto důvodu musí být pružinové spojky obvykle mazány lehkým olejem. Otočením hnacího členu opačným směrem se pružina pevně ovine kolem hnací plochy a spojka se velmi rychle zablokuje. Krouticí moment potřebný k prokluzu pružinové spojky exponenciálně roste s počtem otáček na jaře, přičemž se řídí rovnicí vzpěru .
Používání
Automobilové převodovky
- Manuální převodovky
Většina osobních a nákladních automobilů s manuální převodovkou má spojku sestávající z třecího kotouče (kotoučů), která se ovládá pomocí pedálu zcela vlevo a pohyb se přenáší na spojku pomocí hydrauliky (hlavní a podřízený válec) nebo lanka. Spojka se vypíná pouze ve chvílích, kdy řidič sešlápne pedál spojky směrem k podlaze, a proto je ve výchozím stavu převodovka připojena k motoru. K dispozici je „neutrální“ rychlostní stupeň, takže pedál spojky lze uvolnit, když vozidlo zůstane nehybné.
Kromě rozjezdů ve stoje je spojka obvykle potřebná pro změnu převodových stupňů. Přestože se převodovka při změně rychlosti nepřestane otáčet, nepřenáší se přes ni žádný točivý moment, a tím menší tření mezi převody a jejich záběrovými psy. Výstupní hřídel převodovky je trvale spojen s koncovým pohonem , poté s koly, a tak se obě vždy otáčejí společně, v pevném poměru otáček. Při vypnuté spojce může vstupní hřídel převodovky libovolně měnit své otáčky při změně vnitřního převodu. Jakýkoli výsledný rozdíl v rychlosti mezi motorem a převodovkou se vyrovná, protože spojka při opětovném záběru mírně proklouzne.
Spojka je obvykle namontována přímo na čelní stranu setrvačníku motoru , protože to již poskytuje pohodlný ocelový kotouč o velkém průměru, který může fungovat jako jedna hnací deska spojky. Některé závodní spojky používají malé lamelové kotoučové sady, které nejsou součástí setrvačníku. Spojka i setrvačník jsou uzavřeny v kuželovitém pouzdře převodovky. Malý počet vozů s motorem vpředu a pohonem zadních kol (jako Alfa Romeo Alfetta, Porsche 924 a Chevrolet Corvette C5 používá uspořádání transaxle s převodovkou umístěnou v blízkosti zadní části vozu; v tomto případě je spojka namontována s transaxle (proto se hnací hřídel otáčí nepřetržitě s motorem, i když je spojka vypnutá).
- Automatické převodovky
Některé automatické převodovky používají blokovací spojku, aby se zabránilo prokluzování měniče točivého momentu při jízdě vyššími rychlostmi. Účelem blokovací spojky je zlepšit úsporu paliva minimalizací ztrát energie způsobených prokluzem měniče točivého momentu.
Jiné použití v automobilovém průmyslu
Automobily používají spojky i na jiných místech než na hnacím ústrojí. Například chladicí ventilátor motoru poháněný řemenem může mít tepelně aktivovanou spojku. Hnací a hnaný člen jsou odděleny tekutinou na bázi silikonu a ventilem ovládaným bimetalovou pružinou . Když je teplota nízká, pružina se navine a zavře ventil, což umožní otáčení ventilátoru asi o 20% až 30% otáček hřídele . Jak teplota pružiny stoupá, odvíjí se a otevírá ventil, což umožňuje průchod kapaliny kolem ventilu, a proto se ventilátor otáčí přibližně o 60% až 90% otáček hřídele.
Jiné spojky - například pro kompresor klimatizace - elektronicky spojují spojky pomocí magnetické síly, aby spojily hnací člen s hnaným členem.
Motocykly
Motocykly obvykle používají mokrou spojku, přičemž spojka jede ve stejném oleji jako převodovka. Tyto spojky jsou obvykle tvořeny svazkem střídavých třecích desek a ocelových plechů. Třecí desky mají na svých vnějších průměrech výstupky, které je zajišťují do koše, který je otáčen klikovým hřídelem. Ocelové desky mají na svých vnitřních průměrech výstupky, které je zajišťují ke vstupnímu hřídeli převodovky. Sada vinutých pružin nebo membránová pružinová deska tlačí desky k sobě, když je spojka zapnuta.
U motocyklů je spojka ovládána ruční pákou na levém řídítku. Žádný tlak na páku znamená, že spojkové lamely jsou v záběru (při jízdě), zatímco zatažením páky zpět směrem k jezdci se spojkové lamely odpojí pomocí lanka nebo hydraulického ovládání, což umožňuje jezdci řadit rychlostní stupně nebo volnoběh. Závodní motocykly často používají klouzavé spojky k odstranění účinků brzdění motorem , které, když je aplikováno pouze na zadní kolo, může způsobit nestabilitu.