Obliczenia sprzęgła obejmują dwa eta- py: obliczenia wstępne, polegające na tarczowego sprzęgła doborze wymiarów okładzin ciernych, odpowiednich do założonych warun- ków pracy, oraz obliczenia wytrzyma­łościowe elementów sprzęgła. Zajmiemy się tylko pierwszym etapem obliczeń. Obliczając sprzęgło przyjmuje się, że moment MT przenoszony przez sprzęgło powinien być większy od maksymalnego momentu silnika Stosunek wartości tych momentów oznaczamy przez ¡3 i nazywamy współ­czynnikiem zapasu sprzęgła MM (11.1) Najczęściej sprzęgła konstruuje się tak, żeby współczynnik zapasu sprzęgła zawarty był w następujących granicach: samochody osobowe fi = 1,4-i-1,8 samochody ciężarowe fi = 1,54-2,5 autobusy fi = 1,3-=-1,7 Moment MT przenoszony przez sprzęgło zależy od siły tarcia między okładzinami MT = i-y,-Frrśr (11.2) gdzie: i — liczba par powierzchni trących (sprzęgło jednotarczowe ma dwie pary po­wierzchni trących — po obydwu stronach tarczy sprzęgła), y. — współczynnik tarcia okładzin ciernych, Fs — sumaryczna siła nacisku sprężyn dociskowych, r§f — średni promień okładziny ciernej, na którym działa wypadkowa siła tarcia równa y. • Fs. Jak wiadomo, średni promień płaskiego pierścienia kołowego o pro­mieniu zewnętrznym r, i wewnętrznym ru wynosi Wprowadzając pojęcie nacisku jednostkowego p, będącego ilo­razem siły docisku i powierzchni okładzin, można wyrazić siłę Fs wzorem Fs = *(rt-rl)p Podstawiając wzory 11.3 i 11.4 do wzoru 11.2 otrzymujemy MT= $MM = t-y.-7z (rl-rl)p Po uporządkowaniu p-MM=-jn-i-y.-p (ń-rl) stąd Wprowadzając współczynnik p charakteryzujący wymiary geo- metr>*czne okładzin otrzymujemy Wzór 11.6 umożliwia określenie wymiarów okładzin ciernych. Znając maksymalny moment silnika MM i przyjmując liczbę par powierzchni trących i oraz współczynnik zapasu projektowanego sprzęgła p, określamy wg katalogu okładzin dopuszczalne naciski pdopi współczynnik tarcia fx i stosunek promieni p. Przyjmując naciski mniejsze od dopuszczalnych (p < < Pdop) możemy obliczyć rz oraz posługując się wzorem 11.5 obliczyć rw. Zasada pracy sprzęgieł elektromagne- Sprzęgła elektromagnetyczne tycznych polega na wykorzystaniu od­działywania pola magnetycznego ele­ktromagnesów sterowanych przez kierowcę. Ze względu na sposób działania rozróżnia się sprzęgła elektromagnetyczne z zaciskanymi tarczami oraz sprzęgła proszkowe. Schemat sprzęgła ele­ktromagnetycznego z za­ciskaną tarczą cierną przedstawiono na rys. 11.18. Uzwój enie ma­gnesu umieszczone jest w kole zamachowym. Wciśnięcie pedału sprzę­gła powoduje dopływ prądu do elektromagnesu i powstanie silnego pola magnetycznego przycią­gającego tarczę docisko­wą (napędzającą) do tar­czy sprzęgła (napędza­nej). Odcięcie dopływu prądu powoduje zanik pola magnetycznego i tarcza dociskowa zostaje cofnięta przez sprężynę odciągającą. Sprzęgła prosz­kowe wykonuje się jako tarczowe lub bębnowe. Poszczególne rozwiąza­nia konstrukcyjne tych sprzęgieł różnią się od siebie dość znacznie. Zawsze jednak w szcze­linie między elementami napędzającymi i napę­dzanymi znajduje się pasta lub proszek ferry-tyczny, mający tę włas­ność, że pod wpływem działania pola magnety­cznego tężeje (nabiera łącząc ze sobą te elementy. Stopień zestalenia pasty (proszku) zależny jest od natężenia pola magnetycznego. Na rys. 11.19 przedstawiono przykła­dowo proszkowe sprzęgło elektromagnetyczne systemu Jaeger. Zaletą sprzęgieł proszkowych jest duża trwałość, gdyż ich ele­menty nie ścierają się. Wadą tych sprzęgieł jest konieczność doprowadzania prądu do wirującego elektromagnesu i związane z tym zużywanie się szczotek i pierścieni stykowych. Sprzęgła hydrokinetyczne przenoszą Sprzęgła hydrokinetyczne moment obrotowy dzięki naporowi cieczy zmuszonej do krążenia między łopatkami obracających się ^wirników — napędzającego i napędzanego. Na rys. 11.20 przedstawiono schemat takiego sprzęgła. Na wale silnika osadzony jest wirnik — zwany pompą — wyposażony w proste, promieniowo rozmieszczone łopatki. Podobny wirnik — zwany turbiną — osadzony jest na wale napędzanym (zwykle jest to wałek sprzęgłowy skrzynki biegów). Obydwa wirniki umieszczone są naprzeciw siebie, a przestrzeń pomiędzy ich łopatkami wypełniona jest cieczą w 70-^80% objętości. Gdy silnik pra­cuje, wał korbowy wraz z pom- pą obraca się i wymusza wiro­wanie cieczy, nadając jej ener­gię kinetyczną. Na cząsteczki cieczy pomiędzy łopatkami pompy działa siła odśrodkowa i zaczynają się one poruszać (odśrodkowo) po torze uwa­runkowanym wewnętrznym kształtem wirnika. Wypływając z kanałów międzyłopatkowych pompy cząsteczki cieczy natra­fiają na łopatki turbiny, wy­wierają na nie nacisk i zmu­szają turbinę do obracania się. W ten sposób energia kine­tyczna cieczy zostaje ponow­nie zamieniona na pracę mechaniczną. Pod wpływem coraz to nowych ilości cieczy wypływającej z pompy ciecz w turbinie porusza się ruchem dośrodkowym i po przebyciu drogi wzdłuż łopatek turbiny trafia znów do pompy. Na rys. 11.21 przedstawiono schemat krążenia cieczy w sprzęgle hydrokinetycznym. Ruch wirowy cieczy pomiędzy łopatkami pompy i tur­biny jest spowodowany różnicą prędkości obrotowej tych wirników. Ponieważ wartość momentu przenoszonego przez sprzęgło hydrokinetyczne zależy od inten­sywności wirowania cieczy, moment ten jest tym większy, im większa jest różnica prędkości obrotowej pompy np i turbiny na lub inaczej — im większy jest poślizg sprzęgła. Poślizgiem 5 sprzęgła hydroki-netycznego nazywamy stosunek nn — n. Moment obrotowy na pompie Mp jest zawsze równy momentowi obrotowemu na turbinie Mt Mp = Mt = M Wprowadzając pojęcie sprawności sprzęgła tj jako stosunku mocy na turbinie Nt do mocy na pompie Np, otrzymujemy lub Wstawiając tę zależność do wzoru 11.7 otrzymujemy Stosunek prędkości obrotowych turbiny i pompy nazywamy przełożeniem kinematycznym sprzęgła i oznaczamy Z porównania zależności 11.8, 11.9 i 11.10 okazuje się, że a więc wykres sprawności sprzęgła w funkcji przełożenia v= f (i) jest Unią prostą. Na rys. 11.22 przedstawiono charakterystykę sprzęgła hydrokine-tycznego, obejmującą wykresy momentu M przenoszonego przez sprzęgło oraz jego sprawności yj, w funkcji przełożenia i. Charakterystyka ta została wykonana przy założeniu stałej prędkości obrotowej pompy. Wartości prze­łożenia wyrażono w procentach. Jak widać, wykres momentu przenoszone­go przez sprzęgło jest krzywoliniowy. Maksimum funkcji momentu odpo­ wiada poślizgowi s = 100% (to zna-= 1). Zgodnie z wzorem 11.11 odciętej s = 1 (100%) odpowiada na podziałce przełożenia wartość i = 0 (0%). Dla poślizgu s = 0 (0%), czyli dla nt = np, co odpowiada wartości przełożenia i = 1 (100%), moment przenoszony przez sprzęgło jest równy zero. Ze wzoru 11.11 wynika, że teoretyczny wykres sprawności ł] = / (i) jest linią prostą przecho­dzącą przez początek układu współ­rzędnych. W rzeczywistości jednak dla przełożenia bliskiego i = 100% wykres sprawności gwałtownie zała­muje się i spada do zera. Wynika to stąd, że wskutek wyrównania się prędkości obrotowej pompy i turbiny moment przenoszony przez sprzęgło jest tak mały, że wystarcza zaledwie na pokonanie oporów przepływu i innych strat mechanicznych. Sprzęgło hydrokinetyczne połączone z silnikiem spalinowym bardzo rzadko pracuje ze stałą prędkością obrotową pompy. Dlatego, aby zilustrować rzeczywiste warunki jego pracy, wykonuje się tzw. pełną charak­terystykę sprzęgła (rys. 11.23). Obejmuje ona szereg krzywych momentu w funkcji prędkości obrotowej turbiny M =/(«,), wykonanych dla różnych stałych wartości prędkości obrotowej pompy np = const. Na wykres nanosi się także krzywe stałych sprawności (i stałych poślizgów) wyznaczone wg wzoru ?) = i = — n„ const. Zupełnie inna zasada działania sprzęgła hydrokinetycznego w po­równaniu z omawianymi dotychczas rodzajami sprzęgieł powoduje odmienny charakter pracy tego sprzęgła. Sprzęgło hydrokinetyczne pracuje z nieustannym poślizgiem, co sprawia, że jego sprawność jest mniejsza niż sprawność zwykłego sprzęgła ciernego. Samochód wyposażony w sprzęgło hydrokinetyczne zużywa więc nieco więcej paliwa niż samochód ze sprzęgłem ciernym. Z drugiej jednak strony brak sztywnego połączenia między wałami sprawia, że wszelkie ude­rzenia, szarpnięcia i drgania skrętne w układzie napędowym są skutecznie tłumione przez ciecz. Poza tym samochód wyposażony w sprzęgło hydro­kinetyczne może jechać z dowolnie małą prędkością na każdym biegu bez obawy, że silnik się zatrzyma. Dużą zaletą sprzęgła hydrokinetycznego jest także jego trwałość, wynikająca z braku części narażonych na zużycie wsku­tek tarcia. Istotną wadą sprzęgła hydrokinetycznego jest brak możliwości odłączenia układu napędowego od pracującego silnika. Aby umożliwić zmianę przekładni w zwykłej skrzynce biegów, trzeba więc stosować zestawy skła­dające się ze sprzęgła hydrokinetycznego i połączonego z nim szeregowo sprzęgła ciernego, rozłączanego przy przełączaniu biegów. Układ taki przedstawiono na rys. 11.24.