Zespoły napędowe z zawieszeniem silników w ramie wózka > Zespoły napędowe z zastosowaniem mechanizmu napędowego ze sprzęgłami z pakietami klinowych elementów metalowo-gumowych

W nowoczesnych wagonach silnikowych i zespołach trakcyjnych stosuje się mechanizmy napędowe z wykorzystaniem wału drążonego oraz elastycznych sprzęgieł podatnych z pakietami klinowych elementów metalowo-gumowych.
Z przekładni moment obrotowy przenoszony jest na krótki wał drążony, a następnie poprzez sprzęgło podatne lub wał pośredni (przegubowy) ze sprzęgłami podatnymi na oś zestawu kołowego.
Ten typ sprzęgieł zapewnia wysoką zdolność przemieszczania się osiowego jak również kątowego przy niewielkim wpływie na wał drążony i łożyskowanie. W sprzęgłach tych nie występują luzy (brak tarcia) i charakteryzuje je cicha praca. Materiał gumowy to najczęściej mieszanka kauczukowa.


1) Układ z pojedynczym sprzęgłem pakietowym
Poniższy opis omawia zespoły napędowe z mechanizmami napędowymi, w których zastosowano pojedyncze sprzęgła z pakietami klinowych elementów metalowo-gumowych. 

 
Zespół napędowy z pojedynczym sprzęgłem pakietowym

W omawianym rozwiązaniu silnik trakcyjny jest stale połączony z przekładnią, stanowiąc jeden zespół konstrukcyjny. Zespół ten zamontowany jest elastycznie przez elementy metalowo-gumowe do poprzecznicy ramy wózka, a z drugiej strony opiera się na osi zestawu kołowego przez sprzęgło pakietowe, które tłumi obciążenia szkodliwe pomiędzy zestawem kołowym, a przekładnią, w efekcie czego nie występują niekorzystne zajawiska jak przy zawieszeniu tramwajowym silników (zobacz opis - tutaj). Jest to więc rozwinięcie układu zawieszenia silnika trakcyjnego "za nos", w którym z jednej strony silnik podwieszony jest do poprzecznicy ramy wózka, a z drugiej strony zamiast klasycznego oparcia na osi przez łożsyka, zastosowano sprzegło podatne, ktore łączy wał drążony przekładni (na którym zamontowane jest koło zębate wyjściowe) z osią zestawu kołowego. 

   
Elastyczne zamocowanie silnika i przekładni do poprzecznicy ramy wózka i wspornik z elementem metalowo-gumowym na korpusie silnika

 
Kołnierz montażu silnika trakcyjnego do przekładni

Wyjściowe koło zębate przekładni przenosi moment na krótki wał drążony do którego przymocowany jest kołnierz (jarzmo) sprzęgła. Oś zestawu przebiega środkiem wału drążonego.

 
Przekładnia z krótkim wałem drążonym i jarzmem (opis 1 na powiększeniu)

 
Oś zestawu kołowego przechodząca przez wał drążony przekładni 

   
Kołnierz (jarzmo) sprzęgła na wale drążonym przekładni (opis na 1 powiększeniu)

Pomiędzy wypusty kołnierza montuje się pakiety metalowo-gumowe klinowe, które po pełnym zmontowaniu sprzęgła, odpowiadają za podatność węzła i amortyzację drgań pomiędzy zestawem kołowym, a przekładnią i silnikiem.

 
Pakiety klinowych elementów metalowo-gumowych zamocowane w kołnierzu (opis na powiększeniu)

Drugi kołnierz (jarzmo) sprzęgła zamontowane jest na osi zestawu kołowego. Do jego wypustów przykręca się bloki pakietów metalowo-gumowych zamontowane w ramach kołnierza po stronie przekładni.

 
Kołnierz (jarzmo) sprzęgła na podpiaściu osi zestawu kołowego 

 
Kompletne sprzęgło pakietowe (opis na pow.) i element metalowo-gumowy klinowy

W zakresie sprzęgieł z pakietami elementów metalowo-gumowych w zależności od ich producenta występują drobne różnice konstrukcyjne, jednak zasada działania i cel zastosowania jest taki sam.
Poniżej przykład sprzęgła pakietowego, w którym pakiety metalowo-gumowe zwulkanizowane są w formie pierścienia. Wulkanizacja kompletnego pierścienia zapewnia równą sztywność wszystkich pakietów metalowo-gumowych. Kompletny pierścień osadza się na tulei mocującej, stanowiącej (jak we wcześniejszym rozwiązaniu) przedłużenie wału drążonego przekładni. Pierścień przykręca się promieniście do tulei wału drążonego, a następnie łączy się z kołnierzem (jarzmem) zamontowanym na osi zestawu kołowego.

 
Pierścienie z pakietami klinowych elementów metalowo-gumowych (opis na powiększeniu)


Tuleja montażowa na wale drążonym przekładni (opis na powiększeniu) 

  
Kołnierz (jarzmo) sprzęgła na podpiaściu osi zestawu kołowego 

   
Pierścień z pakietami metalowo-gumowymi przykręcony do kołnierza (jarzma) zamontowanego na podpiaściu osi - opis na powiększeniach


Otwory w pierścieniu do połączenia śrubowego z tuleją wału drążonego

Pierścień jest tak skonstruowany, że możliwe jest jego podzielenie na dwie połówki. Dzięki temu jest możliwa jego wymiana bez konieczności demontażu kół i kołnierza (jarzma) z osi.

  
Kompletne sprzęgło pakietowe z pierścieniem pakietowym (opis na 1 powiększeniu)





2) Układ z wałem drążonym przekładni i wałem pośrednim (przegubowym) ze sprzęgłami pakietowymi
W przypadku cięższych pojazdów, czyli wymagających większej mocy, a więc i generujących większe momenty w układzie napędowym stosowane mogą być zespoły napędowe ze dwoma sprzęgłami podatnymi z klinowymi pakietami elementów gumowych zabudowanymi na wale przegubowym (tzw. wał drążony Kardana).
W rozwiązaniu tym silnik trakcyjny i przekładnia stanowią jeden zespół konstrukcyjny zamontowany w pełni, w ramie wózka. Różnica w stosunku do poprzedniego układu polega na tym, że zespół ten wparty jest w ramie w trzech, a nie dwóch punkach. Dodatkowy, trzeci punkt zamocowania znajduje się od czołowej strony przekładni, wspierając ją na czołownicy ramy wózka, co powoduje, że silnik z przekładnią są całkowicie usprężynowane i nie obciążają osi zestawu kołowego. We wcześniej omawianym rozwiązaniu silnik z przekładnią są zamontowane podatnie do poprzecznicy ramy wózka, a z drugiej strony opierają się poprzez sprzęgło pakietowe na osi zestawu kołowego. Sprzęgło tłumi drgania powodując, redukcję szkodliwych obciążeń występujących pomiędzy osią, a zespołem napędowym, czego nie ma w rozwiązaniu klasycznym z oparciem silnika bezpośrednio na osi (zobacz opis - tutaj). 

   
Zespoły napędowy z wałem przegubowym ze sprzęgłami pakietowymi (opis na powiększeniu)

Moment obrotowy z przekładni przenoszony jest na krótki wał drążony połączony z pierwszym sprzęgłem pakietowym przez kołnierz (jarzmo). Drugie sprzęgło pakietowe z kolei zamontowane jest do kołnierza (jarzma) osi zestawu kołowego. Sprzęgła między sobą połączone są poprzez cylindryczny wał pośredni i tworzą razem z nim układ wału przegubowego. Wał ten ze sprzęgłami podatnymi, pracujący przegubowo pomiędzy przekładnią, a zestawem kołowym zwany jest też wałem drążonym Kardana.

 
Wał pośredni (przegubowy) łączący sprzęgła (na przedłużeniu wału drążonego przekładni)

Na poniższej fotografii widać sprzęgło pakietowe po stronie przekładni i przymocowany do niego wał pośredni (przegubowy) przed zamontowaniem sprzęgła pakietowego, przenoszącego moment obrotowy na oś zestawu kołowego. Środkiem wału przebiega oś zestawu kołowego.

   
Sprzęgło pakietowe, wał pośredni (przegubowy) i oś zestawu kołowego (opis na 2 i 3 powiększeniu)

 
Kołnierz (jarzmo) sprzęgła na osi zestawu kołowego

 
Kompletny mechanizm napędowy z wałem przegubowym przed zamontowaniem koła jezdnego (opis na powiększeniu)

Omawiane rozwiązanie mechanizmu napędowego opiera się na zasadzie wału drążonego Kardana (dwusprzęgłowy wał przegubowy).