Do czego służą przeguby półosi i jakie są objawy ich zużycia?

Gdy moment obrotowy trafia na koła, odbywa się to na dwa różne sposoby. W zawieszeniach zależnych, tzw. sztywnych mostach, z mechanizmu różnicowego przenoszą go półosie bezpośrednio na piastę koła po linii prostej. Natomiast już w zawieszeniach niezależnych, linia ta nie jest prosta, ponieważ piasta koła wykonują ruch pionowy i/lub obrotowy względem wyjścia z obudowy skrzyni biegów lub mechanizmu różnicowego.

Nie da się zatem na koło skrętne lub koło zawieszone niezależnie względem mechanizmu różnicowego zastosować prostego wału napędowego (półosi) bez możliwości jego załamania. Stąd konieczność stosowania przegubów napędowych półosi.

Jeden przegub napędowy stosuje się tylko w sztywnych mostach przedniego zawieszenia z kołami kierowanymi. Odpowiada on wówczas za poziomy ruch obrotowy koła względem półosi. Jeżeli oś napędzana jest zawieszona niezależnie, nieważne czy jest kierowana czy nie, potrzebne są już dwa przeguby napędowe - wewnętrzny i zewnętrzny. Jednak warto zaznaczyć, że przeguby umożliwiające szczególnie duże kąty załamania stosowane są przy kołach kierowanych.

W układach napędowych stosuje się dwa rodzaje przegubów półosi: nierównobieżne i równobieżne. Pierwsze, zwane też prostymi lub asynchronicznymi, mogą załamać wał napędowy i przenosić moment obrotowy pod określonym kątem, ale powodują chwilowe zmiany prędkości obrotowej pomiędzy wałami połączonymi takim przegubem.

Podczas jednego, pełnego obrotu wału przekazującego moment obrotowy na przegub, dochodzi do dwóch zmian prędkości wału odbierającego moment obrotowy. Aby wyeliminować to zjawisko, pomiędzy wyjściem momentu obrotowego (np. skrzynią biegów), a urządzeniem odbierającym moment obrotowy (np. koło lub tylny mechanizm różnicowy) stosuje się wał napędowy z dwoma przegubami, zaprojektowanymi w taki sposób, że wzajemnie eliminują zjawisko zmiany prędkości obrotowej.

Najpowszechniej stosowanym rodzajem przegubu prostego jest tzw. przegub krzyżakowy, zwany też krzyżakiem. Taką konstrukcję stosuje się w zasadzie tylko w wałach przekazujących moment obrotowy na tylną lub przednią oś z przekładni oraz w półosiach sztywnych mostów.

Znaczenie częściej stosuje się przeguby równobieżne, tzw. homokinetyczne, czyli takie, które nie powodują zmiany prędkości obrotowej pomiędzy dwoma wałami.

Pierwszymi tego typu przegubami były konstrukcje dwukrzyżakowe, czyli wykorzystujące zasadę dwóch przegubów krzyżakowych wzajemnie eliminujących zmianę prędkości obrotowej, ale nie weszły one do powszechnego użytku, z którego wyeliminowały je konstrukcje kulowe Weissa, Rzeppa i przede wszystkim Birfielda. Ten ostatni udoskonalił przegub Rzeppa i jego konstrukcja jest obecnie najpowszechniej stosowanym przegubem w półosiach napędowych.

Wszystkie z wymienionych są rodzajami przegubów kulowych, czyli takich, w których za załamanie odpowiadają stalowe kule odpowiednio ułożone w przegubie. Przegub Birfielda umożliwia bardzo duży kąt załamania wynoszący od 40 do nawet 50 stopni.

Umyślnie pomijam tu inne konstrukcje, m. in. przegub Tracta, ponieważ i ten, nie będący już konstrukcją kulową, nie znalazł się w powszechnym użyciu. Pomijam również przeguby podatne (elastyczne) charakteryzujące się niską wytrzymałością, stosowane m. in. w "maluchu". W niektórych samochodach francuskich stosuje się przeguby trójramienne, też niezbyt popularne.

Nieco inaczej wygląda eksploatacja przegubów napędowych w samochodach z zawieszeniem niezależnym od aut ze sztywnymi mostami. W zasadzie przeguby napędowe w sztywnych mostach stosuje się tylko i wyłącznie na osiach kierowanych i niemal wyłącznie w samochodach terenowych. Są one bardzo wytrzymałe, pod warunkiem, że użytkownik stosuje ogumienie takie, jakie zaleca producent. Jednak często praktyka wygląda inaczej i przegub napędowy staje się pierwszym elementem narażonym na uszkodzenie, zwłaszcza w terenowej eksploatacji.

Znacznie częściej spotykamy się z przegubami napędowymi półosi w samochodach z zawieszeniem niezależnym, które mają nieco więcej pracy, ponieważ odpowiadają również za właściwe przeniesienie momentu obrotowego podczas ruchu pionowego kół. Poza tym, w przednich zawieszeniach koło stale zmienia swoją pozycję i kąt ustawienia względem mechanizmu różnicowego w praktycznie każdej płaszczyźnie. Półosie napędowe są całkowicie odsłonięte, a przeguby osłania zwykle jedynie gumowa osłona, tzw. manszeta.

To właśnie osłona gumowa, mimo że najtańsza, jest jednym z najważniejszych elementów półosi napędowej z punktu widzenia użytkownika, ponieważ bardziej od niej, niż od konstrukcji czy zasady działania przegubów, zależy ich trwałość. Osłona gumowa zabezpiecza bowiem przegub przed brudem i czynnikami atmosferycznymi, a delikatne przeguby kulowe już przy najmniejszych drobinach brudu zaczynają się bardzo szybko niszczyć. Dlatego przeguby pracują w stałym otoczeniu gęstego smaru, który nie tylko zmniejsza tarcie pomiędzy elementami współpracującymi, ale też zabezpiecza je przed czynnikami zewnętrznymi.

Warto zwrócić uwagę na stan techniczny osłony gumowej przy każdej nadarzającej się możliwości, np. po wjechaniu na kanał czy podnośnik. Jeżeli stwierdzi się jakiekolwiek przetarcie czy pęknięcie, nie warto zwlekać z wymianą i najlepiej zrobić to zanim auto wyjedzie z warsztatu.

Powodem przyspieszonego zużycia przegubów napędowych są wszelkiego rodzaju przeciążenia generowane przez układ napędowy. Jednym z większych dla kół kierowanych jest dynamiczne ruszanie na skręconych kołach i korzystanie z dużej mocy silnika podczas skrętu kół.

Przeguby napędowe zużywają się tym bardziej, im bardziej się skręcają, toteż nawet przy łagodnej eksploatacji, bez dynamicznego ruszania i korzystania z dużej mocy, przeguby zużywają się znacznie szybciej w mieście (parkowanie, zawracanie, pokonywanie skrzyżowań) niż w trasie. Można nawet zaryzykować stwierdzenie, że w porównaniu z eksploatacją miejską, jazda w trasie praktycznie w ogóle nie wpływa na trwałość przegubów.

Wpływ na trwałość przegubów napędowych ma także stosowanie niefabrycznego ogumienia. Bardziej przyczepny bieżnik lub większa przyczepność za sprawą większej szerokości opon powoduje większe obciążenia występujące na całej półosi. Dotyczy to zarówno eksploatacji samochodów o wysokich osiągach jak i terenowych, gdy do jazdy po bezdrożach używa się ogumienia z terenowym bieżnikiem.

Najpowszechniej znanym objawem zużycia przegubu półosi jest stukanie dochodzące z okolicy przedniego zawieszenia, występujące tylko podczas ruszania lub w czasie przyspieszania na skręconych kołach. W ten sposób objawiają się nadmierne luzy pomiędzy elementami współpracującymi w przegubie napędowym zewnętrznym, czyli umieszczonym przy kole.

Innym, mniej znanym objawem są wibracje odczuwalne na kole kierownicy lub na całym nadwoziu. To już może być skutek zużycia zarówno przegubu zewnętrznego jak i wewnętrznego, częściej tego drugiego. Przegub wewnętrzny, czyli ten umieszczony na wyjściu z mechanizmu różnicowego zużywa się wolniej niż przegub zewnętrzny, ale mimo to z biegiem czasu do tego dochodzi.

Często luz na przegubie wewnętrznym jest "tajemniczym" powodem wibracji podczas jazdy, których nie można w żaden sposób wyeliminować. Innym objawem jego zużycia jest stukanie podczas przyspieszania przy jeździe na wprost, ustępującego podczas jazdy na biegu jałowym.

Niezwykle rzadko dochodzi do uszkodzenia półosi tylnego zawieszenia w samochodów napędzanych na tylne koła. Powodem jest brak czynnika narażającego w największym stopniu przegub na zużycie, czyli skręcania kół. Pracuje on w niewielkim zakresie. Mimo to, w wyeksploatowanych autach i tam pojawiają się luzy, ale zwykle nie są one tak wyczuwalne jak w samochodach z przednim napędem. Warto dbać o osłony przegubów tylnej osi, ponieważ do niektórych modeli niełatwo kupić tanie zamienniki.

Zwykle po wykryciu zużycia przegubu napędowego mechanik decyduje się na jego wymianę, ale nie zawsze jest to możliwe. Czasami konstrukcja półosi uniemożliwia wymianę samego przegubu i dobrym przykładem są tu półosie niektórych samochodów francuskich z przegubami trójramiennymi. W teorii nierozbieralne, w praktyce wszystko zależy od tzw. inwencji twórczej osoby, która się tym zajmuje.

W innych przypadkach, producent części zamiennych nie oferuje samych przegubów, a jedynie całą półoś[ napędową, co oczywiście podnosi koszt wymiany, ale jednocześnie przynosi większy zysk producentowi części. Tak też często bywa w autoryzowanych serwisach, które nie zawsze oferują same przeguby.

Jeżeli mamy do czynienia z samochodem o większym przebiegu, ale stosunkowo młodym, w którym pojawiają się wibracje podczas jazdy w pewnym zakresie prędkości, warto zamiast wymiany zużytego przegubu, zdecydować się na wymianę całej półosi napędowej. Co prawda koszt naprawy będzie wyższy, ale jest prawdopodobieństwo, że wibracje ustaną.

"Przeguby półosi montuje się po to, żeby umożliwić skręt kół przedniej osi (w autach przednionapędowych i czteronapędowych) oraz zapewnić możliwość wychylenia kół (w autach tylnonapędowych i czteronapędowych). Pod względem konstrukcyjnym są to elementy o bardzo wysokiej trwałości, nierzadko wystarczające na całe życie samochodu.

Najczęstszą przyczyną uszkodzenia przegubów jest rozerwanie lub pękniecie gumowej osłony przegubu – zmieszany z smarem piasek i pył drogowy działa jak papier ścierny i bardzo szybko niszczy elementy przegubów. Za przyspieszone zużycie często odpowiedzialni są sami kierowcy – ruszanie z piskiem opon zwłaszcza przy skręconych kołach, częste obciążanie układu napędowego czy "strzelanie ze sprzęgła" mocno odbija się na kondycji przegubów. Zaniechanie konieczności wymiany zużytych przegubów może skończyć się zablokowaniem koła podczas jazdy czy zniszczeniem skrzyni biegów.

W wielu samochodach wymiana samych przegubów jest niemożliwa, trzeba wymienić kompletne półosie. Przed zakupem nowych przegubów warto wymontować z samochodu uszkodzony element i dokonać jego dokładnych pomiarów (m. in. liczbę wypustów wewnętrznych i zewnętrznych) – co ułatwi sprzedawcy odpowiedni dobór. W dużej części przypadków marka, model, rocznik, wersja silnikowa, a nawet numer VIN są niewystarczające. Najczęściej przeguby konfekcjonowane są wraz z gumowymi, bądź plastikowymi osłonami. Jeżeli nie ma ich w komplecie należy je obowiązkowo dokupić".