Wały napędowe – naprawa, konstrukcja i konserwacja

Napęd Kardana © BMW

Udostępnij:

Napęd na tylne koła za pomocą wału i kół zębatych stożkowych – w żargonie motocyklistów zwykle określany mianem napędu Kardana (lub Cardana) – to najbardziej elegancki i niezawodny, lecz zarazem najdroższy rodzaj napędu.

Zaletą tego napędu jest zupełne zamknięcie całości – inaczej niż w przypadku łańcucha (z wyjątkiem pierwszych konstrukcji). Obudowa zapewnia ochronę przed wpływem warunków atmosferycznych, prawie wykluczając konieczność konserwacji. Poza tym tylne koło pozostaje czyste a napęd pracuje bardzo cicho. Umożliwia on także duże ugięcia sprężyn, co w przypadku napędu łańcuchowego może być utrudnione ze względu na zmienny zwis. Szczególnie korzystne jest zastosowanie w motocyklach z podłużnym wałem korbowym, ponieważ tutaj przebieg napędu musi być przekierowany tylko raz, co zmniejsza tarcie. Do wad należy zaliczyć wspomnianą już kosztowną konstrukcję, zwiększającą znacznie cenę w porównaniu do napędu łańcuchowego, względnie „sztywne” przenoszenie energii, wymagające użycia różnych tłumików w układzie przeniesienia napędu, i ograniczoną możliwość zmiany końcowego przełożenia.



 

Za pomocą podkładek dystansujących należy tak ustawić koło zębate stożkowe i tarczowe, aby osie przecinały się w jednym punkcie, jak na rysunku po prawej. Źródło: Honda

Wał napędowy

Sam wał nie wygląda spektakularnie. Aby umożliwić ugięcie elementu sprężystego tylnego koła, musi on być wyposażony przynajmniej w jeden przegub. Jeżeli wyjście skrzyni biegów nie pokrywa się z osią obrotu napędowego koła zębatego stożkowego z powodu szerokiego wahacza, wał musi być ustawiony ukośnie lub mieć drugi przegub. Dlatego często używa się właśnie przegubów Kardana, zwanych także krzyżowymi. Przeguby te są do pewnego stopnia piętą Achillesa napędu tego typu, ponieważ muszą przenosić cały moment napędowy i być względnie małe ze względu na ograniczenia przestrzeni. Problem z miejscem pogarsza jeszcze to, że muszą one być umieszczone możliwie dokładnie w osi obrotu wahaczy, aby w momencie dobicia zmiany długości w napędzie Kardana były możliwie niewielkie. Jednak w takim układzie przegubu krzyżowego nie można użyć ciągłej osi wahacza, lecz musi on być prowadzony w krótkich elementach łożyskowych. Może to wpływać negatywnie na sztywność ramy. Z tego powodu konstruktorzy przenoszą przegub krzyżowy pod wahacz i zapewniają odpowiednią kompensację długości. Umożliwia to zastosowanie ciągłej osi wahacza. Lecz także rozwiązania konwencjonalne wymagają kompensowania długości. W tym celu wał napędowy wyposaża się na przykład na tylnym końcu w uzębienie zewnętrzne i wsuwa się go w zabierak z uzębieniem wewnętrznym, który często ma kształt kulisty. Zakrzywiony przegub Kardana nie przenosi prędkości obrotowej równomiernie. Wynika to z przyczyn geometrycznych i prowadzi do tego, że napędzana część wału przegubu w ciągu jednego obrotu dwukrotnie trochę przyspiesza i dwukrotnie trochę zwalnia względem części napędowej. Jednak średnia prędkość obrotowa naturalnie pozostaje taka sama. Zjawisko to jest tym silniejsze, im większy jest kąt przegubu, i jest też określane mianem błędu Kardana. Problem ten nie występuje w przypadku tzw. przegubów homokinetycznych, nazywanych też przegubami równobieżnymi. Ich budowa zapewnia równomierne przenoszenie energii i umożliwia kompensację długości.

Od strony silnika wał napędowy posiada przegub krzyżowy, a od strony napędu – przegub homokinetyczny, umożliwiający kompensację długości. W rurę wału wwulkanizowano tłumik gumowy.

Napęd Kardana z wałem napędowym przeniesionym w dół. Umożliwia to ciągłą oś wahacza, zapewniającą większą sztywność ramy. Źródło: Honda



Przekładnie kątowe

Przenoszą one siłę napędową zwykle pod kątem 90°. O ile w przypadku podłużnych wałów korbowych siła może być przenoszona bezpośrednio z wałka wyjściowego skrzyni biegów na wał napędowy, to w motocyklach z poprzecznym wałem korbowym konieczne jest przekierowanie na wyjściu skrzyni biegów, zwykle z przełożeniem 1 : 1. Czasami jedno z kół zębatych ma jeden ząb więcej, aby ciągle utrzymywać  zachodzenie pozostałych zębów i osiągnąć bardziej równomierne zużycie. Oba koła zębate stożkowe są ułożyskowane za pomocą dużych łożysk kulkowych – częściowo w wykonaniu dwuszeregowym, które pochłaniają występujące obciążenie osiowe kół zębatych stożkowych. Smarowanie przekładni kątowej odbywa się poprzez podłączony obwód smarowania silnika i dlatego nie wymaga konserwacji. Przekładnia kątowa w tylnym kole posiada trochę bardziej kosztowną konstrukcję, tutaj też zachodzi przełożenie końcowe. Koło zębate stożkowe napędowe jest więc znacznie mniejsze niż koło napędzane – ze względu na ich kształt mówi się też o kole stożkowym i tarczowym. Uchwyt wału napędowego jest przymocowany do wału koła zębatego stożkowego (kołnierza) lub uzębienie zabieraka koła tylnego jest wbudowane w zespół koła tarczowego. Zęby są ukształtowane spiralnie, co daje lepszy kontakt boków zębów i zmniejsza hałas. Jednak podczas toczenia się boki zębów naciskają na siebie mocniej, co powoduje większe obciążenie. Dlatego w przypadku tych napędów końcowych jako smar z reguły stosuje się olej hipoidalny. Zawiera on domieszki, które zwiększają przyczepność oleju do płaszczyzny ślizgowej. Jeżeli koło stożkowe i tarczowe są umieszczone na mocnych, dwuszeregowych łożyskach kulkowych lub nawet na łożyskach wałeczkowo-stożkowych, występuje dodatkowe łożysko igłowe pełniące rolę prowadnicy.

Tłumiki drgań

W przeciwieństwie do napędu łańcuchowego napęd wałowy jest wysoce odporny na skręcanie. Szczytowe wartości prędkości obrotowej mocno obciążyłyby poszczególne części, dlatego też w układzie przeniesienia napędu występuje jeden lub więcej tłumików. Chodzi tutaj najczęściej o krzywkę ułożyskowaną przesuwnie na wale i wciskaną za pomocą mocnej sprężyny w odpowiedni wypust, ułożyskowany obrotowo na wale. W przypadku maksymalnych obciążeń wypust może się obrócić względem krzywki, przesuwając ją przy tym w kierunku przeciwnym do działania siły sprężyny.

Konserwacja

Napędy wałowe nie są jednak zupełnie bezobsługowe – należy regularnie kontrolować i wymieniać olej. Podczas kontroli poziomu oleju należy koniecznie stosować się do zaleceń producenta – motocykl musi stać na stojaku centralnym lub bocznym albo z oboma kołami na podłożu. Ilość wlewanego oleju w napędzie końcowym jest względnie mała, dlatego należy zapewnić prawidłowy poziom oleju. Za mało oleju może powodować przegrzanie, natomiast jego nadmiar będzie wydostawać się przez wywietrznik na zewnątrz na tylne koło. U niektórych producentów olejem smarowany jest także wał napędowy, tj. przegub Kardana i tłumik, więc w tych motocyklach wahacz może posiadać własny wlew oleju. Jednak najczęściej wał pracuje na sucho, ponieważ przeguby są obudowane i napełnione smarem niewymagającym uzupełniania. Jeżeli mimo to z wahacza wycieka olej, może to wskazywać na uszkodzony pierścień uszczelniający wał przy skrzyni biegów lub przy napędzie koła tylnego. Olej w napędzie koła tylnego należy wymieniać po rozgrzaniu napędu, aby usunąć jak najwięcej zanieczyszczeń powstałych na skutek ścierania. Uzębienie zabieraka koła tylnego to kolejne miejsce w napędzie wałowym wymagające większej uwagi. Uzębienie również podlega wysokiemu obciążeniu i pracuje w trudnych warunkach. Przy każdym demontażu tylnego koła należy sprawdzić stan uzębienia i wystarczająco nasmarować, najlepiej dobrej jakości smarem z dodatkiem molibdenu.

Dobre smarowanie wydłuża czas eksploatacji. Na ilustracji: dobrze nasmarowane uzębienie zabieraka przekładni kątowej. Źródło: Pistone

Kompensacja długości wału napędowego. Dobrze widoczne kuliste zabieraki i uzębienie suwaka. Źródło: Pistone

Kontrola

Kontrola wzrokowa zamontowanego napędu Kardana ogranicza się do sprawdzenia szczelności i ewentualnie również do rewizji przez otwór korka oleju po jego spuszczeniu. W przypadku motocykli z wahaczami jednoramiennymi boczne szarpanie koła tylnego może wskazywać na uszkodzone łożyskowanie koła tarczowego. Aby się upewnić, trzeba koło ściągnąć i rozłożyć na części. Jednak najpierw należy wykonać jazdę próbną. Klapanie, przede wszystkim przy zmianie obciążenia, wskazuje na za duży luz między bokami zębów lub zużyty przegub krzyżowy. Przyczyną może też być uszkodzone łożyskowanie koła zębatego stożkowego napędu. Wycie wzmagające się wraz z prędkością i zmieniające się razem z obciążeniem może wskazywać na problem w przekładni kątowej – jeżeli łożyska kół są w porządku. Naciągnięta lub pęknięta sprężyna w tłumiku drgań daje się na początku wyczuć podczas jazdy, a później może prowadzić do prześlizgiwania się krzywki, powiązanego z trzęsieniem i niepokojącymi hałasami.

UWAGA

  • Pamiętaj o prawidłowej pozycji motocykla podczas pomiaru poziomu oleju w napędzie końcowym
  • Nasmaruj odpowiednim smarem uzębienie zabieraka koła tylnego
  • Przed przystąpieniem do naprawy sprawdź dostępność części/opłacalność

Naprawa

Zużytych przegubów krzyżowych nie można naprawić z powodu braku części zamiennych i odpowiednich narzędzi. Tutaj wchodzi w rachubę tylko wymiana. Możliwa jest natomiast naprawa tłumików drgań. Producenci oferują poszczególne części i specjalne narzędzia. W żadnym wypadku nie wolno próbować demontować sprężyn tłumiących bez odpowiedniego narzędzia. Istnieje za duże niebezpieczeństwo obrażeń lub uszkodzenia części. Narzędzie natomiast pozwala pewnie trzymać sprężynę po usunięciu jej zabezpieczenia. Jeżeli okaże się, że ułożyskowanie przekładni kątowej lub koła zębate są wadliwe, trzeba najpierw zastanowić się, czy naprawa się opłaca. Poszczególne części mogą być drogie, do tego dochodzi koszt robocizny. Wielu mechaników nie ma też koniecznego doświadczenia, co może znacznie wydłużyć czas naprawy i zwiększyć koszty. Poza tym niektóre łożyska nie dają się zdemontować lub nie są dostępne jako część zamienna, co oznacza konieczność użycia nowej obudowy. W takim przypadku wymiana na dobrą część używaną może być o wiele lepszą alternatywą.

Prace na przekładni kątowej

Prace te wymagają podręcznika warsztatowego. Znajdują się tam wytyczne producenta i dane dotyczące koniecznych narzędzi specjalnych. Rozgrzanie obudowy opalarką ułatwia demontaż i częściowo jest też zalecane. Ciepło pomaga też później przy ściąganiu i zakładaniu łożysk. Koło zębate stożkowe i tarczowe występują tylko w zestawie, ponieważ części zamienne są łączone w pary w produkcji, aby osiągnąć możliwie wysoką spokojność biegu. Wybite na kołach zębatych liczby ułatwiają wybór prawidłowych podkładek odległościowych, ponieważ za pomocą różnej grubości tarcz trzeba zapewnić prawidłowe położenie, czyli optymalny kontakt i jednocześnie luz boków zębów. W idealnej sytuacji kontakt boków zębów po obu stronach występuje pośrodku zębów koła tarczowego. Powierzchnię kontaktu można dobrze uwidocznić za pomocą pasty do tuszowania; kontrolę należy przeprowadzić co 120°. Jednak nie wszyscy producenci podają dane liczbowe konieczne do określenia podkładek dystansujących. Odpowiednie ustawienie trzeba określić samodzielnie, wychodząc od wymiaru standardowego. Luz boków zębów określa się za pomocą czujnika zegarowego. W zależności od producenta, pomiaru można dokonać np. przez otwór wlewu oleju na przekładni kątowej. Wówczas konieczny jest specjalny czujnik zegarowy i dobre oświetlenie w środku przekładni kątowej. Biała dioda LED, podłączona do baterii tylko za pomocą kabli, świetnie daje się wprowadzić do takiego otworu.

Udostępnij:

Drukuj



K.P.B.




TOP w kategorii






Zobacz również