Połączenie piasta-półoś, rewolucyjne rozwiązanie

Na tym polu obecni konstruktorzy mają jedno z większych pól do popisu. Nowe materiały, wszelkiego rodzaju kompozyty i ich właściwości skłaniają do badań nad nimi i znajdowania nowych zastosowań. W przypadku pojazdów, a zwłaszcza samochodów osobowych, duże znaczenie ma masa nieresorowana. Coraz powszechniej stosuje się aluminiowe elementy zawieszenia, obręcze kół itd. To wszystko ma właśnie na celu zmniejszenie masy nieresorowanej samochodu. Gdzie tym razem znaleziono zbędne kilogramy? W połączeniu półosi z piastą koła.

Standardowym rozwiązaniem jest zintegrowana piasta koła, która jest na stałe połączona z wewnętrznym pierścieniem łożyska. Ten nierozbieralny element zapewnia łatwość jego wymiany, a także ogranicza liczbę zastosowanych części dzięki czemu waga piasty jest niższa. Montaż ogranicza się do przykręcenia jej do odpowiednich elementów zawieszenia razem z wypełnionym smarem łożyskiem i uszczelniaczami. Nic prostszego.

Trochę inaczej ma się sprawa w przypadku piast na osi napędzanej. W ich wnętrzu znajduje się odpowiednio wykonany otwór o zazębieniu wewnętrznym. W niego wsuwany jest natomiast koniec półosi, wzdłuż którego również zostały nacięte zęby, tzw. wielowypust. To połączenie przenosi moment obrotowy, który "wędruje" z silnika (poprzez skrzynię biegów itd.) i trafia na koła samochodu. Takie rozwiązanie nikogo nie dziwi, jako że jest powszechnie spotykane.

Co prawda sprawdziło się ono w milionach samochodów ale posiada również trochę wad. Półoś napędowa z wielowypustem musi mieć odpowiednio dużą średnicę aby mogła przenieść dostatecznie duży moment obrotowy. Dla ułatwienia montażu, w połączeniu pomiędzy piastą, a półosią musi być zachowany pewien luz. To z kolei sprowadza to rozwiązanie do problemów z centrowaniem obu części. Dotychczas jednak nie było pomysłów na wyeliminowanie tych wad.

Z rozwiązaniem przyszli inżynierowie grupy Schaeffler, skupiającej marki LUK, INA i FAG. Zrezygnowali oni całkowicie z zazębienia wzdłużnego, na rzecz zazębienia czołowego. Ten pomysł bardzo dobrze obrazuje poniższa ilustracja. Dzięki pojawieniu się technologii plastycznego, precyzyjnego formowania metalu, możliwe było wykonanie zazębienia na powierzchni czołowej piasty - oraz przeciwnie - na odpowiadającej płaszczyźnie przegubu pochodzącego od półosi napędowej.

Zęby wykonane są w taki sposób, aby po ściśnięciu ze sobą dwóch powierzchni nastąpiło ich idealne ułożenie względem siebie w tej samej osi. Co więcej, współpracują one ze sobą bez żadnych luzów. Połączone są ze sobą przy pomocy swobodnej śruby (swobodnej, czyli nie wpływającej na wycentrowanie obu powierzchni). Najważniejszą zaletą takiego rozwiązania jest fakt, że efektywna średnica pracy jest znacznie większa niż w przypadku zazębienia wzdłużnego. Dzięki temu połączenie to nie jest mocno obciążone.

Kolejne zyski otrzymano we wspomnianej przeze mnie wcześniej wadze elementów. Według producenta zastosowanie tej technologii pozwoliło na zmniejszenie masy pojedynczego typowego połączenia piasta-półoś o ok. 0,25 kg. Jego zdaniem taka konstrukcja jest pewniejsza, a przede wszystkim tańsza w produkcji. Przedstawiony patent zdobywa sobie uznanie na światowych targach od 2008 roku, a pierwszym modelem w którym zastosowano to rozwiązanie jest BMW X1.

Zobacz także: