Fotki:

Przegub kulowy
Autor: mgr inż. Andrzej Moldenhawer <>
Źródło: Młody Technik 1/1974 <http://www.mt.com.pl>

Na okładce pokazano przegub kulowy, stosowany powszechnie w różnych
mechanizmach, między innymi w układzie kierowniczym pojazdów samochodowych.
Budowa przegubu jest prosta: w półkulistej czaszy (1) połączonej ze
sworzniem znajduje się kula (2). przyciskana sprężyną (3). Powierzchnia
kulowa, stykająca się z obejmującą ją czaszą, umożliwia, jak wiadomo,
wykonywanie w pewnym zakresie ruchów obrotowych, przestrzennych, to znaczy
przenoszenie sił przykładanych pod różnymi kątami. Przegub kulowy wiec jest
to obrotowe połączenie dwóch elementów ustawionych pod różnymi, mogącymi
się zmieniać kątami.
Całą sztuką projektowania przegubu w samochodzie jest umiejętne dobranie
przez konstruktora takich materiałów i odpowiadających im nacisków
powierzchniowych, żeby mechanizm był dostatecznie trwały, przejechał z
samochodem dziesiątki tysięcy kilometrów. W czasie jazdy, koło wraz z całym
mechanizmem zawieszenia wykonuje przecież nieprzerwanie olbrzymią ilość
ruchów, wywoływanych uderzeniami o nierówności szosy. Z kolei kierowca
również wywiera nacisk na drążek. Te ciągłe drgania i naciski nie mogą
przedwcześnie zniszczyć przegubu. Przegub bowiem, w którym na skutek
zniszczenia powierzchni występuje luz przekraczający określoną przez
konstruktora wartość, umożliwia kołu wykonywanie drobnych wahań nie
kontrolowanych już przez kierowcę. Wahania te przede wszystkim powódką
wybijanie się opon, tak zwane schodkowanie, a poza tym zmniejszają pewność
w kierowaniu samochodem, który nie jedzie po linii prostej.
Aby zapobiec powstawaniu luzów, w przegubie kulowym zastosowano właśnie
sprężynę spiralną (3) przyciskającą miseczkę z wytłoczonym kulistym
wgłębieniem (4) do kuli stalowej (2) umieszczonej w półkulistej czaszy (1)
osadzonej w obudowie (5). Ponieważ kula i półkulista czasza mają środki
umieszczone w jednym punkcie, przegub wykazuje możliwość wykonywania ruchów
obrotowych. Sprężyna nie dopuszcza do powstawania luzu.
Oczywiście przy przekroczeniu określonej siły działającej wzdłuż osi
sworznia, która by zgniotła sprężynę, powstałby duży luz, ponieważ cała
czasza powędrowałaby w górę. Może to się zdarzyć przy najechaniu pojazdu na
przeszkodę. Przenoszenie jednak sił bocznych takiego luzu nie wytworzy.
Dla uniknięcia zatarcia się powierzchni, stosowana jest cienka warstwa
smaru, czyli bardzo lepkiej cieczy, oddzielającej powierzchnie metalowe.
Gdyby ktoś rozebrał taki przegub i za pomocą odpowiednich rozpuszczalników
usunął wszelkie ślady smaru z jego wewnętrznej powierzchni, to wówczas po
przejechaniu kilkudziesięciu kilometrów nastąpiłoby w wielu punktach
połączenie metalowych powierzchni.
Nasza planeta oglądana ze statku kosmicznego jest idealną kulą i
nierówności, takie jak Alpy czy Himalaje, rozpoznać można jedynie po innym
kolorze. Gdyby kulę ziemską zmniejszyć do średnicy kuli bilardowej, to
najwyższe szczyty można by z trudem wyróżnić dotykiem końców palców jako
drobne, niewidoczne gołym okiem nierówności. Ktoś, kto potrafiłby zmienić
swój wymiar do wielkości 1 mikrometra i znalazł się na powierzchni przegubu
kulowego w czasie jego pracy na sucho, widziałby katastrofę kosmiczną, w
której dwie górzyste powierzchnie zwrócone wierzchołkami do siebie
przesuwają się wzajemnie po sobie, pędząc z ogromną prędkością. W miejscach
zderzeń szczytów następują stopienia się dziesiątków kilometrów
kwadratowych powierzchni, a płynne żelazo zastyga natychmiast, tworząc
ogromne wyrwy i nowe góry, ażeby w chwilę potem zderzyć się z następnym
pasmem skal. Oczywiście ten katastroficzny obraz trwałby krótko, ponieważ w
pewnym momencie nastąpiłoby ostateczne zwarcie obu metalowych powierzchni,
czyli zatarcie przegubu.
Warstwa smaru, szczególnie z dodatkiem dwusiarczanu molibdenu, jaka
oddziela obie powierzchnie metalu, w oczach miniaturowego widza
przedstawiałaby niejako morze gęstej cieczy z pływającymi w niej olbrzymimi
płytami molibdenu. Pędzące góry nurzają się w tym morzu, a część płyt
molibdenowych przywiera do poszarpanych turni, dzięki czemu pomiędzy ich
powierzchniami powstaje warstwa nośna, jak pod dnem ślizgacza i tylko od
czasu do czasu słychać grzmot góry, która trzasnęła w inny nie oddzielony
cieczą, wierzchołek. Szczyty te jednak wyłamią się po pewnym czasie, a gruz
wpadnie do morza. Temperatura w miejscach zderzeń osiąga wartość równą
temperaturze topnienia stali, a więc część cieczy smaru ulegnie przy tym
zwęgleniu. Dlatego smar na rozebranym po dłuższym używaniu przegubie jest
ciemny i trzeba go wymienić.
Mgr inż. Andrzej Moldenhawer