Mechanizmy różnicowe o ograniczonym poślizgu – sprzęgło wiskotyczne [część 3]

Mechanizmy różnicowe o ograniczonym poślizgu zapobiegają zbyt dużym różnicom w prędkościach obrotowych pomiędzy dwiema półosiami (lub osiami). Kolejnym omawianym typem szpery jest mechanizm różnicowy ze sprzęgłem wiskotycznym zwanym też sprzęgłem lepkościowym.

Sprzęgło wiskotyczne zastosowane w mechanizmie różnicowym jest stosunkowo tanim rozwiązaniem o prostej budowie. Używane jest do wyrównywania prędkości obrotowych zarówno pomiędzy dwiema półosiami jak i w centralnym mechanizmie różnicowym pomiędzy osiami w samochodach z napędem na cztery koła.

Obudowa sprzęgła wiskotycznego jest walcowata i najczęściej wykonana z aluminium. Zbudowana jest bardzo szczelnie tak, aby płyn znajdujący się w środku nie mógł wydostawać się na zewnątrz. Istotne są więc uszczelnienia półosi, które są wyprowadzone z obudowy. Najprościej mówiąc, jest to otwarty mechanizm różnicowy, w którym półosie zostały przedłużone w stronę środka (poza koła koronowe), a między nimi wstawione zostało sprzęgło wiskotyczne. Wewnątrz znajdują się dwa pakiety płytek, które ułożone są naprzemiennie w jednej osi. Każdy z pakietów połączony jest z odpowiadającą im półosią.

Płytki obu pakietów różnią się oczywiście od siebie – jedne z nich mają nacięcia, a drugie otwory. Pierwsze z nich, które mają nacięcia na swoim obwodzie połączone są z wielowypustem pierwszej półosi. Z kolei płytki, w których są otwory połączone są z obudową, która jest zespolona z drugą półosią. W przypadku sprzęgła wiskotycznego stosowanego w centralnym mechanizmie różnicowym, to wał napędowy jest połączony z obudową, a wał z wielowypustem poprowadzony jest do tylnej osi. Odstępy między płytkami nie są stałe, występuje możliwość ich przemieszczania się wzdłuż osi poziomej.

Cała obudowa sprzęgła wiskotycznego wypełniona jest czynnikiem roboczym, którym jest specjalny olej silikonowy lub jak ma to miejsce w sprzęgłach wiskotycznych stosowanych w Lamborghini – olej magnetoreologiczny (reaguje także na zmianę pola magnetycznego). Olej silikonowy pod wpływem zmiany temperatury zmienia swoją lepkość. W niskiej temperaturze jest ona niewielka, dzięki czemu możliwy jest względny ruch obu półosi praktycznie bez oporów. Jeśli temperatura oleju silikonowego się zwiększa, rośnie także jego lepkość. W wysokiej temperaturze gwałtownie wzrasta, co powoduje zesprzęglenie obu półosi. Olej o dużej lepkości wypełniający szczeliny pomiędzy płytkami powoduje, że opory ich wzajemnego ruchu okładzin stają się tak duże, że obie półosie poruszają się niemal z taką samą prędkością.

Przy niedużych różnicach w prędkościach obrotowych pomiędzy półosiami, temperatura oleju nie wzrasta znacząco, dzięki czemu sprzęgło wiskotyczne działa jak otwarty mechanizm różnicowy. Jeśli jedno z kół będzie miało znaczny poślizg, a tym samym jego półoś będzie obracać się szybciej i zostanie przekroczona pewna granica, poślizg pomiędzy płytkami powoduje wzrost ciśnienia oleju, a tym samym jego temperatury i następuje natychmiastowe zesprzęglenie półosi. W sprzęgle tym działa więc mechanizm dodatniego sprzężenia zwrotnego: im wyższa temperatura oleju, tym większa jego lepkość, im większa lepkość, tym większa ilość wydzielanego ciepła i tym szybciej następuje dalszy wzrost temperatury. O tym jak szybko i przy jakiej różnicy prędkości obrotowych sprzęgło ma zadziałać decyduje producent regulując między innymi ilość oleju w obudowie, co wiąże się bezpośrednio z jego ciśnieniem. Po ustaniu poślizgu olej ulega schłodzeniu i powraca do stanu niskiej lepkości.

Podsumowując opis działania sprzęgła wiskotycznego możemy porównać go do słoika ze specjalną cieczą, w którym zanurzony jest kij. Jeśli płyn ma niską temperaturę możemy nim swobodnie obracać niczym w wodzie. Jeśli temperatura płynu wzrośnie, staje się on jak beton. Kij, który wcześniej był zanurzony w wodzie, teraz jest praktycznie utwierdzony w betonie, przez co obracamy całym słoikiem.

Głównymi zaletami mechanizmu różnicowego ze sprzęgłem wiskotycznym są prosta budowa i niewielki koszt wykonania. Samo urządzenie jest bezobsługowe. Jeśli ulegnie jakiejkolwiek awarii zazwyczaj wymienia się je na nowe. Jest w stanie płynnie przenosić moment obrotowy na obie półosie, ale niestety reaguje z niewielkim opóźnieniem, co stanowi jego największą wadę. Ta oczywiście wynika z budowy i zasady działania sprzęgła wiskotycznego, które już poznaliśmy.

Zobacz także: