Technika motocyklu - 11. část - spojka

Princip činnosti

Spalovací motor není schopen dodávat kroutící moment hned od nulových otáček. Nejnižší otáčky motoru jsou tedy volnoběžné (pomineme případný mírný pokles při horším rozjezdu) a spojka musí být schopna plynule spojovat motor (nenulové otáčky) se vstupní hřídelí převodovky (nulové otáčky, jelikož stojíme). Od této hřídele směrem k zadnímu kolu jsou již samé pevně dané převody určené svým převodovým poměrem. Dalšími úkoly spojky je schopnost přenášet kroutící moment z motoru, dále pak odlehčení převodovky při řazení. Standardně budeme uvažovat běžný motocykl. Odlišnosti např. skútrů budou vysvětleny na konci článku. Nejběžnější spojka je umístěna na vstupní hřídeli převodovky a vnější koš tvoří primární převod motoru. Tento převod je do pomala a to s převodovým poměrem cca 1,3 – 2,2. Jak bylo uvedeno v předchozím článku o převodech převodový poměr nám určuje změnu otáček i změnu kroutícího momentu. Spojka tedy při takovémto uspořádání již přenáší kroutící moment větší než je na klikové hřídeli, tudíž silnější motorka má zpravidla převodový poměr nižší, aby nebylo nutné navrhovat mnohem silnější spojku.
Na motocyklech se používá především spojka třecí, zkoušelo se i použití spojky hydrodynamické, ale neuchytila se. Pomocí třecí síly mezi dvěmi přitlačovanými tělesy dochází k přenosu kroutícího momentu, jak je uvedeno na obrázku vlevo. V pravé části je popis jednotlivých dílů třecí vícelamelové spojky. Velikost přenášeného momentu závisí na několika parametrech:

velikost přítlačných pružin – větší síla přítlaku zajišťuje přenos většího momentu

velikost styčné plochy lamel – větší část obloženého mezikruží zajišťuje větší přenos kroutícího momentu

průměru lamel – spojka většího průměru je schopna přenést větší kroutí moment

počtu lamel – více lamel = větší přenesený kroutí moment

součiniteli tření – je ovlivněn materiálem obložení a také zda je spojka suchá nebo mokrá

Konstrukce

Spojka se skládá ze spojkového koše na jehož obvodu je kolo primárního převodu (řetěz, řemen, ozub. kola). Koš je vyráběn z ocelového plechu u nových motorů většinou odlit z hliníkové slitiny. Koš s kolem primárního převodu je často spojen s vůlí vymezenou pružinami zachytávající torzní rázy vlivem nerovnoměrnosti dodávky kroutícího momentu od motoru. Pružiny jsou vloženy s předpětím a pokud dojde k unavení pružin stává se spojkový koš zdrojem hluku. Tyto pružiny nejsou vyobrazeny v nákresu, jsou vidět na fotografii. Koše z Al slitiny jsou náchylnější na opotřebení – vznikají záseky od zabírajících lamel, které pak nemohou volně v koši chodit při vypínání spojky. Koš je z vnitřní strany drážkovaný a jsou do něj vloženy hnací lamely. Hnací lamely mají možnost axiálního pohybu v drážce, nemohou se však otáčet kolem své osy vůči koši. Jsou vyrobeny z ocelového plechu nebo z Al slitiny a opatřeny třecím materiálem. Měkké slitinové lamely jsou v kontaktním místě s košem zesíleny oproti použití materiálu ocel-ocel. Lamely hnací jsou proloženy lamelami hnanými, které mají vnitřní ozubení zapadající do drážkování unášeče spojeným se vstupní hřídelí převodovky. Hnané lamely jsou ocelové plechy bez obložení. Celý paket lamel je stlačován přítlačným talířem. Počet lamel bývá dle daného typu motoru, např. 8 hnaných a 7 hnacích.

Přítlačný talíř je z Al slitiny a působí na něj pružiny spirálové nebo talířové. Spirálových pružin je 3 až 8 kusů dle motoru a jsou rozmístěny po obvodu. Zajištění pružin je buď segrovými pojistnými kroužky (to je možno vidět na Jawě Pionýr – asi nejhorší na montáž), kolíčky (ČZ, montáž o něco snadnější) a nejčastěji pomocí šroubů.
Druhý způsob přítlaku je pomocí talířové pružiny. Jedná se o „prohlou pružnou podložku“ připomínající svým tvarem talíř bez dna. Talířová pružina má lepší přítlak a je použita např. na R1, GSXR 1100, Bandit 1200 a dalších. Běžnější je ovšem pružina spirálová. Na převážné části motocyklů je použita spojka v olejové lázni – mokrá spojka. Olej je velmi příznivý při spínání spojky, která tak má hladší záběr. Jak bylo uvedeno v úvodu spojka třecí funguje jen za přítomnosti tření. Olej jak známo tření snižuje a s tímto „neblahým“ účinkem je nutno počítat při návrhu spojky, potažmo při volbě oleje. Olej určený pro motocykly je odlišný od automobilového mj. i v aditivech zvyšující tření pro správnou činnost spojky a při použití automobilového oleje do motoru se společnou náplní pro spojku a převodovku, může (ale nemusí) být problém s prokluzem spojky. Spojka suchá je použita na závodních motocyklech, jelikož přenese stejný kroutící moment při menších rozměrech. Má však oproti mokré tvrdší záběr a je hlučnější. Tímto typem disponují i sériové motocykly Ducati, značka, která si zakládá na sportovním duchu svých strojů (nutnost použití sportovní technologie na sériové motorce, často ani ne ryze sportovní, nechám na zvážení každého jedince). Motory uložené podélně s osou motocyklu mají výhodu vypuštění primárního převodu. Je to např. BMW a Moto Guzzi. Toto uspořádání má vliv i na konstrukci spojky. Jelikož spojka je přímo na klikové hřídeli, přenáší kroutící moment motoru nezvýšený primárním převodem, jak tomu bylo u výše popsaného typu. Spojka je navíc suchá a velmi podobná spojce automobilní. Má pouze jednu třecí lamelu a talířovou pružinu konstrukčně jinak uspořádanou než u vícelamelové spojky s primárním převodem. Talířová pružina má oproti spirálové odlišnou reakční sílu. Čím více stlačujeme vinuté pružiny, tím větší je zpětná síla. Talířová pružina se takto chová jen do jisté míry – při určitém stisknutí dojde k úplnému zploštění pružiny a ta již má jen velmi malou zpětnou sílu. Tato skutečnost je velmi příjemná při ovládání spojky.

Ovládání spojky

Nejrozšířenější jsou dva způsoby ovládání přítlačného talíře spojky. U menších obsahů a sportovních motocyklů je zpravidla užito ovládání pomocí lanka a bowdenu. Pro správnou funkci spojky je nutné udržovat bowden namazaný a vůli lanka přibližně 1-2mm. Při nulové vůli dochází k (i nepatrnému) oddálení přítlačného talíře a spojka není schopna přenášet moment na který byla zkonstruována a může prokluzovat. Spálení povrchu lamel může nenávratně poškodit povrch obložení a i po správném seřízení se problém s klouzáním spojky neztratí. Druhým hojně rozšířeným ovládáním je pomocí kapaliny. Jedná se o podobný princip jako u hydraulické brzdy. Síla je přenášena pomocí tlaku kapaliny a jsou tím vybaveny cestovní motocykly, choppery a v dřívějších dobách bylo užití častější i u menších obsahů. Je samozřejmě na výrobu nákladnější a v současné době jsou schopny i „lankové“ spojky přenášet značné momenty. Použít lze většinou i nejnižší hydraulickou kapalinu DOT 3, ale nutno použít dle výrobce. Problémy se vyskytují nejčastěji s malým množstvím kapaliny (při úniku přes těsnění hydraulického válce), kdy nelze dobře vymáčknout spojku a motor je částečně v záběru i při plně stisknuté páčce.

Pomocné systémy

V určitých případech je nutná odlišná konstrukce spojky, vzhledem ke kroutícímu momentu působícímu na spojku. U sportovních čtyřválcových a především dvouválcových motorů je často již sériově použito systému „anti-hopping“. Vzhledem k úzkému rozsahu otáček vysokého výkonu, je nutné při sportovní jízdě podřadit i o více než jeden rychlostní stupeň. Toto radikální přeřazení způsobí velký brzdný účinek motoru a dojde k zablokování kola a tím ke smyku. K zamezení smyku a „skákání“ kola je určena speciální konstrukční část spojky. Pokud je přenášen moment z motoru na kolo je chod spojky ovlivňován pouze jezdcem pomocí páčky spojky. Při brzdění motorem je „tok“ momentu ze zadního kola na motor.

Konstrukční uspořádání se může lišit dle výrobce. Použito je např. na TL1000, ZX10R, RSV 1000 a dalších. Na některých moto je možno vyměnit spojku bez anti-hoppingu za anti-hopping kit. Principielně se však vždy jedná o krátké vymáčknutí spojky vnitřním mechanismem. Např. použito nakloněné roviny po které se vysune ovládání přítlačného talíře. U ZX10R lze počtem přítlačných pružin anti-hopping mechanismu nastavit moment na který má anti-hopping reagovat. Systém je nastíněn na fotografii.

Na dragsterech je nutnost použití lock-up systému. Na přenášení velkého kroutícího momentu by byla každá spojka krátká (když už by to zvládala, musela by být mnohonásobně větší). Spojka je vybavena závažíčky využívající odstředivé síly při rotaci spojky. Tato závaží jsou konstrukčně navržena tak, aby při určitých otáčkách „zaklínily“ přítlačný talíř a ten tak vytváří mnohem větší přítlak lamel než samotné pružiny. Při zastavování je nutné nechat otáčky klesnout pod danou hranici (současně klesá i rychlost motorky), jelikož spojka ve vyšších otáčkách není rozepnutelná a nelze podřadit. V souvislosti s tímto systémem je na místě nastínit přibližně funkci řazení na těchto motocyklech, i když řazení bylo námětem minulého vydání. Při aktivaci lock-up není možné používat spojku klasickým způsobem (nelze rozpojit a přeřadit). Při řazení na vyšší rychlostní stupně lze s trochou cviku řadit i bez rozpojení motoru využitím klesání otáček při ubrání plynu, které jsou potřebné pro vyšší rychlostní stupeň. Tímto směrem ovšem při závodu jít nelze (velké časové ztráty). Pokud ale při přeřazení na vyšší rychlostní stupeň vypneme zapalování motoru, je možné řadit i pod „plným plynem“. Odpojení je kolem 20ms. Systém řazení lze dotáhnout ještě k vyšší dokonalosti – na řadící páku je připojena tyč ovládána stlačeným vzduchem (cca 10bar). Vzduch do ovládacího válce řazení je pouštěn elektromagneticky ovládaným ventilem řízeným řídící jednotkou. Při otáčkách přeřazení (signalizace kontrolkou) je stisknuto tlačítko (povel k řazení), řídící jednotka odpojí zapalování a pustí tlakový vzduch do řadícího válce, který přeřadí …. jak jednoduché … a jak účinné.

Odstředivé spojky

Tohoto druhu spojek je hojně využíváno na skútrech, minibikách, mopedech. Lamelová spojka, kterou jsme si popsali výše využívala tření a styk lamel byl v axiálním směru. U odstředivých spojek je též využito tření, ale styk spojovaných těles je ve směru radiálním. Konstrukčně se jedná o zařízení velmi podobné bubnové brzdě. Vnitřní rotor s odstředivými tělísky je umístěn na klikové hřídeli, případně na konci variátoru u skútrů. Musí tedy být zpražen s klikovou hřídelí přímo nebo přes převod. Rotor má kolem sebe buben, který je již spojen se poháněným kolem. U minibiku je spojen s pastorkem sekundárního převodu, u skútru s koncovou převodovkou. Při otáčení rotoru s tělísky vzniká vlivem odstředivé síly přítlak těles na vnitřní stranu bubnu. Tělíska jsou opatřeny třecím materiálem, buben je ocelový. Větší rotace=větší přítlak. Rozjezd s touto spojkou je tedy plynulý a automatický. Tělíska jsou vybavena vratnými pružinami jejichž předpětí určuje otáčky spínání spojky.

Volnoběžka

Nejedná se sice vyloženě o spojku, kterou máme standardně na mysli ve spojení se spalovacím motorem, ale spojkou je a zde je vhodné zaplácnout místo právě popisem této části vyskytující se na převážné většině motorek vybavených elektrickým startérem. Jedná se o spojení startéru s klikovým hřídelem tak, aby při záběru startéru byl přenášen kroutící moment a při naskočení motoru aby startérem již nebylo točeno. Nejblíže k všeobecně známému má k náboji zadního kola bicyklu (nepočítám-li „furtšlap“). Volnoběžka je spolehlivé zařízení, využívající tření. Na svém obvodu má zpravidla ozubení tvořící převod ze startéru na klikový hřídel. Tento převod bývá dle použitého motoru a startéru přibližně od 10:1 až 25:1. Tento převod je dosažen použitím dvojnásobného převodu nebo pomocí planetové převodovky. Volnoběžka se skládá z vnitřního hladkého kola, aretačních tělísek a vnějšího kola. Vnější kolo s aretačními tělísky je schopno se točit vůči vnitřnímu kolu jen v jednom směru – tedy přenášet jen moment ze startéru na klikový hřídel. Startovací otáčky jen pro úplnost jsou kolem 150-220ot/min, čili oproti volnoběhu velmi nízké. Při větších otáčkách motoru než jsou otáčky startéru dojde k prokluzu aretačních tělísek vůči vnitřnímu kolu a v tomto stavu se nachází volnoběžka po celou dobu chodu motoru. Pokud by došlo v tomto případě ke spuštění startéru, rychlost vnějšího kola je při chodu motoru stále menší než rychlost vnitřního a nemůže dojít ke spojení ani poškození dílu.

Informace o redaktorovi

Mirek Rollinger - (Odebírat články autora)