Fotki:

Przegub krzyżakowy
Autor: Mgr inż. Andrzej Moldenhawer <>
Źródło: Młody Technik 9/1970 <http://www.mt.com.pl>

Starzy czytelnicy „Młodego Technika", których dzieci wprawiają się już
zapewne w wygryzaniu lub też wycinaniu ilustracji z naszego miesięcznika,
pamiętają na pewno zbudowany przeze mnie sportowy samochód SAM, który
jeździł po Polsce przed 11 -stu laty z reklamą „M.T.". Otóż na samochodzie
tym zdarzy) mi się następujący wypadek: Jadąc w okolicy Miechowa z
niedozwoloną prędkością 130 km/h trafiłem w przebiegającą szosę kurę. Z
chmury pierza zdołałem wówczas zauważyć tylko jedno ze skrzydeł, które
odpadło od biednego ptaka, a po zatrzymaniu się stwierdziłem, że jego
reszta tkwi wbita w błotnik z aluminiowej blachy. Zabicie tego szlachetnego
jajkonośnego stworzenia zostało surowo ukarane przez boga szos, albowiem w
chwilę potem ze straszliwym trzaskiem pękł w moim dziwnym samochodzie wal
kardana. Wypadek ten, w którym niewiele brakowało, aby teraz ktoś inny
opracowywał ostatnią stronę okładki „M.T.", spowodowany był jednak przede
wszystkim nieprawidłowym obliczeniem długości krytycznej wału. Nie będę
opisywał jak wygięty w paląk wał kardana, nawinąwszy na siebie przewody
instalacji hamulcowej oraz zapłonowej, a co za tym idzie zgasiwszy silnik,
muskał z szybkością 6 tyś. obr. /min na przemian kolana moje i poślubionej
przed dwoma tygodniami żony, ani też jak następnie spowodował zablokowanie
się napędu l urwanie tylnej pólośki. Wspomnienie lego zdarzenia podsunęło
mi natomiast myśl, aby przedstawić Czytelnikom, jak zbudowany jest
podstawowy element najczęściej stosowanych w samochodach wałów kardana,
tzw. przegub krzyżakowy.
Do sztywnej ramy samochodu przyczepiony jest z jednej strony na miękkich
poduszkach silnik ze skrzynią biegów, z drugiej zaś zawieszony elastycznie
na sprężynach lub resorach tylny most (rys. 1). Samochód, czy też ciągnik
wiozący narzędzie napędzane od jego silnika, musi więc mieć możliwość
przenoszenia napędu przy różnych położeniach odbiornika. Wał kardana,
składający się z dwóch połączeń zwanych przegubami krzyżakowymi oraz
elementu pozwalającego zmieniać jego długość — wielowypustu — spełnia te
właśnie zadania. Ma on jednak przy tym pewną zasadniczą wadę. Otóż w miarę
wzrostu kąta, pod jakim przenoszona jest moc, rośnie pulsacja prędkości
obrotowej wału w stosunku do wału napędzającego. Skąd pochodzi to zjawisko
i jak je należy wytłumaczyć? Patrząc na rysunek umieszczony na okładce
wyobraźmy sobie, że krzyżak zastąpiliśmy dwiema tarczami połączonymi w
sposób elastyczny. Jeżeli tarcze te sprzęgnięte będą z sobą przy rożnych
ustawieniach w różnych płaszczyznach (rys. 2) — to poszczególne ich punkty
nie zawsze będą mogły się z sobą zazębić. W rezultacie prędkość kątowa,
inaczej mówiąc prędkość obrotu jednej tarczy, będzie zmienna w stosunku do
drugiej tarczy w zależności od ilości punktów łączących je z sobą. W wale
kardana rolę tych punktów spełniają cztery ramiona krzyżaka, dlatego też
przy dużych wychyleniach dwukrotnie w ciągu jednego obrotu następuje zmiana
prędkości wału.
Opisane zjawisko może pozostać niejasne. Proponuję więc, w celu lepszego
jego zrozumienia, zrobić sobie prosty modelik złożony z korka, w który
wbite są dwie szpilki oraz z dwóch zagiętych kawałków papieru przyklejonych
do końców ołówków, jak to pokazano na rys. 3. Obracając taki przegub w
palcach łatwo wyczujemy opisaną wyżej pulsację prędkości obrotowej wałka
napędowego. Ażeby temu zjawisku zapobiec wykonano konstrukcje przegubów
tzw. homokine-tycznych, w których prędkość obrotowa jest stała - bez
względu na kąt wzajemnego położenia dwóch wałów. Ponieważ jednak przeguby
takie są kosztowne, powszechnie stosuje się je tylko wtedy, gdy silnik ze
skrzynią biegów połączony jest bezpośrednio z kołami („Syrena",
„Wartburg").
Pokazany na okładce przegub składa się z krzyżaka (1) zakończonego czterema
bieżniami (2), na których osadzone są zamknięte łożyska wałeczkowe (3)
okresowo smarowane przez smarownicę (6). Łożyska te siedzą w ramionach
odkuwki (4) połączonej z wielowypustem (5). Konieczność stosowania łożysk
wałkowych wynika stąd, że przegub w czasie drgań i stałych zmian kąta, pod
jakim pracuje, musi przenosić duże siły przy jak najmniejszych oporach
ruchu. Gdyby przegub nie miał łożysk tocznych wówczas w łożyskach innego
typu na skutek tarcia wytworzyłoby się tyle ciepła, że cały przegub uległby
zniszczeniu na skutek przegrzania.
Wał kardana używany w samochodach musi być wyważany dynamicznie, tzn.
przyczepia się do niego małe ciężarki zapobiegające drganiu przy dużych
prędkościach obrotowych. Ponieważ we wspomnianym przeze mnie na wstępie
samochodzie wał kardana takiego wyważenia nie miał, przy zbyt dużej
prędkości obrotowej i najechaniu na większą nierówność, nastąpiła jego
awaria.

Mgr inż. Andrzej Moldenhawer