Elektromagnetická lamelová spojka: princip funkce a aplikace

Účel a základní funkce spojky v automobilech

Automobilová spojka slouží k přenosu točivého momentu motoru z hnací na hnanou hřídel převodového ústrojí. Kromě přenosu točivého momentu spojka umožňuje i přerušení točivého momentu. Spojka je také klíčová pro plynulý rozjezd vozidla. Toho je docíleno pozvolným zapínáním spojky, respektive pomalým uvolňováním spojkového pedálu. Během pozvolného uvolňování a přidržení spojky v záběru dochází k vyrovnání otáček mezi otáčející se hnací hřídelí motoru a prozatím se nepohybující hnanou hřídelí převodovky.

V neposlední řadě spojka částečně tlumí torzní kmity, které vznikají nerovnoměrným chodem motoru. Spojky musí umožňovat bezpečný přenos hnacích sil, komfortní rozjezd, rychlé řazení a tichý chod. Zároveň jsou vystavovány vysokým krouticím momentům a namáhání.

Struktura a typy spojek

Základ samotné konstrukce je až na drobné odchylky u většiny spojek totožný. Tvoří ji hnací kotouč se setrvačníkem, které jsou umístěny na hnací hřídeli. Na protilehlé hnané hřídeli je umístěn přítlačný kotouč, který je také označován jako štít spojky.

Specifické konstrukce spojek

Dvojspojky

Specifickou konstrukcí disponují dvojspojky, označované zkratkami DSG, DCT, SST a jinými. Tyto dvojspojky umožňují přenášet točivý moment na hnanou hřídel dvěma cestami s dvěma spojkami. Jakmile je sepnuta jedna spojka, pak druhá spojka má předřazený rychlostní stupeň. Díky tomu prakticky nedochází k přerušení toku výkonu.

Setrvačníky

Hnací hřídel je vystavována nerovnoměrnému chodu, který způsobuje nekultivovaný spalovací proces. Podle konstrukce dělíme setrvačníky na jednohmotové a dvouhmotové.

• Jednohmotový setrvačník zmírňuje nerovnoměrný chod motoru, který se prostřednictvím torzních kmitů přenáší od klikové hřídele až do převodovky, kde do sebe vzájemně naráží nezatížená převodová kola. To způsobuje hluk i opotřebení převodovky.
• Dvouhmotový setrvačník je označován zkratkou DMF (Dual Mass Flywheel) a disponuje modernější konstrukcí. Na rozdíl od jednohmotého setrvačníku slouží u dvouhmotového setrvačníku k tlumení dvě masy hmoty - primární a sekundární. Primární část je spojena s klikovou hřídelí, zatímco sekundární část je prostřednictvím kluzného ložiska uložena na primární části. Síly mezi primární a sekundární částí tlumí sada pružin. Vzájemné pootáčení mezi primární a sekundární částí pak umožňují planetová kola. Sekundární část následně vytváří třecí plochu pro lamelovou spojku.

Přítlačný kotouč a spojková lamela

Protikusem spojkového kotouče je přítlačný kotouč, který je umístěn na hnané hřídeli. Důležitým parametrem přítlačného kotouče je dimenzování na vysoké teploty dosahující až 450 °C. Nejmenší, ale za to nejvíce namáhanou částí celého mechanismu je spojková lamela, která zajišťuje přímý kontakt mezi setrvačníkem s hnacím kotoučem a přítlačným kotoučem.

Typy spojek podle principu fungování

1. Třecí spojky fungují na principu vyvinutí přítlačné síly za pomocí pružin nebo odstředivé síly. Pružinové spojky disponují různou konstrukcí, které se liší formou a uspořádáním přítlakových pružin. Nejpoužívanější je spojka s talířovou pružinou.
2. Elektromagnetické spojky fungují na principu přitlačení hnané hřídele k setrvačníku za pomocí elektromagnetické síly.
3. Kapalinové spojky využívají k rozpojení spojky hydrodynamické vlastnosti kapaliny.

Problémy a údržba dvouhmotového setrvačníku

Častým zdrojem problémů spojek je dvouhmotový setrvačník. Toto zařízení, které oproti jednohmotovému setrvačníku efektivněji tlumí vibrace přenášené z motoru, se v posledních letech instaluje do nových aut čím dál častěji. Důvodem je zvyšující se výkon motorů a krouticího momentu. Zařízení bylo dříve instalováno především u automobilů s dieselovými motory.

Detekce závady dvouhmotového setrvačníku se provádí za studeného motoru. Stačí vůz pouze nastartovat a na volnoběžné otáčky pozorně poslouchat. Pokud se zespodu motoru ozývá mírné klepání, pak se s velkou pravděpodobností jedná o vůle na dvouhmotovém setrvačníku. Po zahřátí motoru může zvuk ustat, to však neznamená, že je setrvačník v pořádku.

Životnost dvouhmotového setrvačníku není nikterak závratná. Dobu životnosti výrazně ovlivňuje styl jízdy. Prudké pouštění spojky nebo podtáčení motoru snižují životnost dvouhmotového setrvačníku přibližně na 80 000 km. Jakmile se objeví prvotní problémy signalizující opotřebení setrvačníku, je nutná jeho včasná výměna.

U dvouhmotového setrvačníku počítejte s vyšší cenou. Nový dvouhmotový setrvačník v závislosti na modelu vozu stojí od 7 000 do 20 000 Kč. K tomu je nutné kompletně vyměnit celou spojkovou sadu, která začíná na částce od 1 500 Kč. Existuje ale i levnější varianta v podobě přestavbové sady. Přestavba vyjde přibližně na polovinu až třetinu ceny.

Při poruše setrvačníku zároveň nestačí vyměnit pouze vadný setrvačník, ale je nutné vyměnit celou spojkovou sadu zahrnující spojkovou lamelu, přítlačný talíř a ložisko. Nová spojková sada se od originální spojky příliš neliší. Pouze dvouhmotový setrvačník s tuhou spojkovou lamelou nahradil pevný setrvačník s vysoce kvalitními pružinami tlumičů torzních kmitů ve spojkové lamele.

Elektromagnetická spojka: Princip činnosti, výhody a nevýhody

Elektromagnetická spojka je vysoce účinné zařízení, které slouží jako klíčová součástka v různých mechanických zařízeních. Využitím principů elektromagnetismu umožňuje plynulý přenos mechanické síly mezi dvěma rotujícími hřídeli. Elektromagnetické spojky, které se používají v široké škále aplikací, od automobilových systémů až po průmyslové stroje, nabízejí přesné ovládání zapínání a vypínání síly, čímž nabízejí vyšší účinnost, plynulý chod a vylepšenou funkčnost v moderních mechanických strojích.

Co je elektromagnetická spojka?

Elektromagnetická spojka je zařízení, které se používá v různých mechanických systémech k zapojení a odpojení přenosu výkonu mezi dvěma rotujícími hřídeli. Funguje na základě elektromagnetické síly, která usnadňuje zapínání a vypínání spojkového mechanismu v různých aplikacích. Tento typ spojky je podmnožinou automobilových spojek a funguje na základních principech. To umožňuje přesné řízení přenosu energie a nachází uplatnění v široké škále odvětví, včetně automobilového, průmyslového a výrobního sektoru.

Konstrukce elektromagnetické spojky

Elektromagnetická spojka se skládá ze dvou hlavních částí: rotoru a kotvy. Rotor je spojen s hnacím hřídelem, zatímco kotva je spojena s hnaným hřídelem. Když je propuštěn elektrický proud, elektromagnetické pole přitahuje kotvu, čímž se spojka zapne a mezi oběma hřídeli se přenáší výkon.

Klíčové komponenty elektromagnetické spojky

• Setrvačník: Upevněn v klikové hřídeli motoru, usnadňuje přenos výkonu nebo točivého momentu z motoru na hřídel spojky. K tomuto přenosu výkonu dochází, když se přítlačný kotouč dostane do záběru se setrvačníkem.
• Vinutí: Instalované na setrvačníku, nese elektrický proud z baterie, čímž se generuje magnetické pole kolem něj. Když vinutím protéká proud, přítlačná deska se dotkne setrvačníku, což vede k sepnutí spojky.
• Třecí deska: Namontovaná na hřídeli spojky, se pyšní třecím obložením na obou stranách. Když vinutí přijímá proud, přítlačný kotouč přitlačí třecí kotouč k setrvačníku, čímž zajistí správný kontakt a umožní přenos výkonu.
• Přítlačný kotouč: Umístěn na hřídeli spojky, hraje klíčovou roli v její činnosti. Je zodpovědný za přitlačení třecího kotouče k setrvačníku, když vinutím protéká proud. Toto spojení usnadňuje přenos výkonu/točivého momentu.
• Baterie: Dodává do vinutí potřebný proud. K řízení přívodu proudu do vinutí se používá spínač spojky. V sepnuté poloze spojky je spínač spojky vypnutý, což umožňuje průtok proudu vinutím. Naopak v rozpojené poloze je spínač spojky zapnutý, což brání průtoku proudu vinutím.

Princip fungování elektromagnetické spojky

Když magnetickou součástí protéká elektrický proud a vytváří se magnetické pole, rotorová část elektromagnetické spojky se zmagnetizuje a vytvoří smyčku, která přitahuje kotvu. Pohyb kotvy vůči rotoru vytváří třecí sílu. Během velmi krátké doby se toto zatížení zrychlí tak, aby odpovídalo rychlosti rotoru, což zvyšuje výkon spojky.

Elektromagnetické spojky a převodovky se používají v široké škále systémů, včetně automobilů, lokomotiv a široké škály strojů, jako jsou sekačky na trávu a tovární stroje. Elektromagnetická spojka funguje jako mechanismus pro spojení nebo odpojení dvou hřídelí, známých jako hnací hřídel (nebo hřídel motoru) a hnaná hřídel (nebo hřídel převodovky).

Zpočátku zůstává spojka vypnutá, což má za následek vzduchovou mezeru mezi rotorem a nábojem. Aktivace motoru vyvolá rotaci rotoru, který je spojen s hřídelí motoru. Stejnosměrná baterie dodává stejnosměrný proud do vinutí spojky. Použití vysokonapěťového stejnosměrného proudu transformuje vinutí na elektromagnet, čímž se na kotvu vyvíjí přitažlivá síla. Tato kotva následně vyvíjí tlak na třecí kotouč, čímž se pohybuje směrem k rotoru a zahajuje otáčení náboje. V důsledku toho se náboj otáčí, což umožňuje rotoru přenášet všech 100 % točivého momentu v zapojeném stavu.

Po sešlápnutí spínače spojky nebo pedálu baterie přeruší napájení vinutí, čímž se eliminuje elektromagnetická síla a spojka se vrátí do rozpojené polohy. Tato konstrukce kombinuje elektromagnetické i mechanické principy a efektivně propojuje magnetické efekty s tradičními spojkovými mechanismy.

Výhody elektromagnetických spojek

• Rychlé sepnutí a rozepnutí: Zajišťují rychlou odezvu.
• Plynulé zapojení: Minimalizují nárazy a opotřebení připojených součástí.
• Přesné ovládání: Umožňují přesné nastavení přenosu výkonu, čímž zvyšují celkový výkon systému.
• Dálkové ovládání: Lze je zapínat a vypínat na dálku, což eliminuje potřebu přímého fyzického kontaktu.
• Vysoký točivý moment: Dokáží efektivně přenášet vysoké hodnoty točivého momentu, což je činí vhodnými pro náročné aplikace.
• Nízká údržba: Mají méně pohyblivých částí, což vede ke sníženým nárokům na údržbu.
• Energetická účinnost: Spotřebovávají energii pouze tehdy, když jsou sepnuté.
• Nastavitelný přenos točivého momentu: Lze jej nastavit regulací proudu dodávaného do vinutí spojky.

Nevýhody elektromagnetických spojek

• Generování tepla: Během provozu mohou generovat teplo, což může vést k tepelným problémům.
• Složitější konstrukce: Konstrukce je složitější než u tradičních spojek, což zvyšuje složitost výroby a náklady.
• Závislost na napájení: Závislost na zdroji elektrické energie je činí zranitelnými vůči přerušením nebo selháním napájení.
• Opotřebení: Tření mezi deskami může časem vést k opotřebení, což vyžaduje pravidelnou údržbu.
• Vliv prostředí: Faktory jako prach, vlhkost a nečistoty mohou ovlivnit jejich výkon a životnost.
• Snížená účinnost při vysokých otáčkách: Účinnost se může při vysokých otáčkách snížit v důsledku vlivu vířivých proudů a dalších elektromagnetických jevů.
• Elektromagnetické rušení: Provoz může způsobit elektromagnetické rušení jiných elektronických zařízení v blízkosti.

Aplikace elektromagnetických spojek

Elektromagnetické spojky nacházejí široké uplatnění v mnoha průmyslových odvětvích:

• Automobilový průmysl: Používají se v automatických převodovkách k ovládání řazení a zajištění plynulého přenosu výkonu.
• Průmyslové stroje: Využívají se ve strojích, jako jsou tiskařské stroje, dopravníkové systémy a balicí zařízení pro řízený přenos energie.
• Zemědělská technika: Používají se v traktorech a zemědělských strojích pro zapínání a vypínání pohonu různých součástí.
• Obráběcí stroje: Používají se v soustruzích, frézkách a další obráběcí zařízení pro řízení otáčení vřetena a záběru nástroje.
• Robotika: Slouží k řízení pohybu a přenosu síly v kloubech a končetinách robotů.
• Manipulační technika: Nacházejí se ve vysokozdvižných vozících, jeřábech a manipulační technice pro kontrolovaný pohyb a zvedání.
• Textilní stroje: Používají se v tkalcovských a spřádacích strojích k ovládání napětí a pohybu látky.
• Námořní aplikace: Používají se v námořních plavidlech k ovládání zapínání a vypínání vrtule.
• Automatické systémy: Používají se v automatických dveřích a branách pro plynulé a kontrolované otevírání a zavírání.
• Tiskařské stroje: Využívají se pro přesné ovládání podávání papíru a tiskových válců.
• Lékařské vybavení: Nacházejí se v lékařských zařízeních, jako jsou zobrazovací systémy pro řízený pohyb a polohování.

Elektromagneticky ovládané spojky a brzdy Lenze Selection

Elektromagneticky ovládané spojky a brzdy od společnosti Lenze Selection se používají při rozběhu, zastavování, polohování a bezpečném držení pohyblivých hmot. Brzdný moment je vytvářen silou pružin (nouzový stop). Po připojení stejnosměrného napětí uvolní elektromagnet brzdu - brzda je odbrzděna.

Pružinové brzdy a zubové brzdy pracují na principu klidového proudu (neteče proud). Připojením stejnosměrného napětí dojde k vytvoření brzdného momentu. Po odpojení proudu brzdný moment zaniká. Pokud je spojka příp. brzda správně dimenzována, nevyžaduje údržbu, je bezporuchová a zaručuje vysokou provozní spolehlivost.

Výrobky, u kterých je moment vytvářen při odpojeném napětí, pracující tedy na principu klidového proudu, jsou vyžadovány v bezpečnostních aplikacích jako jsou výtahy, zvedáky, vysokozdvižné vozíky nebo jeřáby. Výrobky pracující na principu pracovního proudu, jako jsou elektromagnetické spojky, se používají hlavně v automatizaci. Zejména pružinové brzdy získávají stále větší pozornost, speciálně jako bezpečnostní a klidové brzdy.

V závislosti na typu pracují spojky a brzdy Lenze Selection v suchém prostředí a/nebo v olejové lázni. Elektromagnetické spojky a elektromagnetické brzdy mohou být v závislosti na provedení připevněny buď za přírubu nebo namontovány na hřídel. Pro přírubové provedení by měla být k dispozici vhodná montážní plocha. U elektromagnetických spojek a brzd montovaných na hřídel musí být elektromagnet zajištěn proti otáčení, nesmí být však pevně upnut.

Podle typu jsou elektromagneticky ovládané spojky a brzdy zvláště vhodné pro aplikace, ve kterých jsou požadovány vysoké brzdné a točivé momenty (zubové spojky, zubové brzdy, pružinové brzdy), krátké spínací doby nebo nejvyšší bezpečnostní standardy, nebo kde převládají extrémní podmínky (spojky s třecími póly).

Další typy spojek a jejich principy

Lamelové spojky

Lamelové spojky jsou třecí spojky, které mají několik tenkých třecích kotoučů - lamel. Toto řešení umožňuje přenášet velké točivé momenty při malých rozměrech spojky. Protože se v malém objemu spojky vyvíjí značné teplo, je celá spojka ponořena do olejové lázně, nebo běží v olejové mlze.

Lamelová spojka je obvykle řešena jako hnací buben s vnitřním ozubením, do kterého zapadají hnací lamely s vnějším ozubením. Hnací lamely se mohou v ozubení bubnu axiálně posouvat. Mezi hnací lamely zasahují lamely hnané, které mají vnitřní ozubení a tímto ozubením zapadají do vnějšího ozubení hnaného kola, které je nasazeno na hnaném hřídeli.

Jako třecí obložení se používá korek, protože jeho součinitel tření v oleji je jen o málo menší než za sucha. Korkové obložení je buď nalepeno (jako mezikruží) na ocelový kotouč, nebo (častěji) je provedeno jako segmenty vložené do výřezů v kotouči. Přítlačná síla k přitlačení lamel může být vyvozena jednou centrální pružinou nebo několika vinutými pružinami (tlačnými nebo tažnými). Pro rozpojení těchto spojek se obvykle používá tlačná tyčka, která prochází dutým hřídelem spojky.

Lamelové spojky jsou méně náročné na údržbu než suché spojky kotoučové.

Odstředivé spojky

Odstředivé spojky jsou automatické třecí spojky. Přítlačnou silou je odstředivá síla závaží, která rotují se štítem spojky a pákami tlačí na přítlačný kotouč spojky. V rozmezí otáček asi 1000 až 1500 ot/min dojde k úplnému sepnutí spojky. Při vyšších otáčkách již spojka přenáší celý točivý moment motoru. Při otáčkách asi 2000 ot/min dolehnou závaží na vybrání v setrvačníku a dále se již nemohou pohybovat. Tím je omezena maximální přítlačná síla, která se s rostoucími otáčkami již nemůže zvětšovat.

Pro řazení je nutné rychlé rozpojení spojky. Proto se odstředivá spojka obvykle vypíná pomocným podtlakovým posilovačem, napojeným na sací potrubí motoru.

Elektromagnetické práškové spojky

Elektromagnetické práškové spojky nepoužívají třecí obložení. Potřebné tření obstarává vrstva jemného železného prášku, jejíž vnitřní tření je řízeno magnetickým polem elektromagnetu. Protéká-li vinutím elektromagnetu proud, vzniklé magnetické pole přitahuje železné piliny. Ty se spojí, přemostí mezeru mezi vnějším a vnitřním kotoučem a spojka je sepnutá, otáčí se jako celek. Záběr je tlumen postupným zvětšováním proudu ve vinutí a vinutými pružinami ve vnitřním spojkovém kotouči.

Hydrodynamické spojky a měniče momentu

Hydrodynamické spojky a jim velmi podobné hydrodynamické měniče momentu využívají vnitřní tření a dynamické účinky hydraulické kapaliny, kterou je spojka naplněna. Hydrodynamická spojka má dvě lopatková kola, z nichž jedno je spojeno s hnacím hřídelem a nazývá se čerpadlo, druhé je spojeno s hnaným hřídelem a nazývá se turbína. Obě lopatková kola mají tvar rozříznutého anuloidu. Lopatky jsou postaveny v radiálním směru a jsou zakřivené.

Hydrodynamické spojky a měniče usnadňují zejména rozjezd vozidla. Pro řazení rychlostních stupňů v klasické převodovce však musí být doplněny další spojkou (obvykle třecí), která umožňuje rychlé rozpojení přenosu točivého momentu. Takovéto spojky jsou doplněny elektronickými snímači a řídící jednotkou, které reagují na pohyb řadící páky a umožňují pohodlné řazení.

Automatické převodovky mají planetová soukolí, která není při řazení rychlostních stupňů nutno odpojovat od motoru.

tags: #elektromagneticka #lamelova #spojka #suzuki