Zasady działania półosi napędowej

Półosie napędowe to podzespoły, które mogą użytkownikom aut dość często przysparzać różnych problemów. Wynika to po części z trudnej funkcji, jaką muszą pełnić, a po części z kiepskiego stanu naszych dróg i błędów popełnianych podczas eksploatacji auta. Choć sama wymiana półosi napędowych nie jest zbyt skomplikowana, to zakup nowych części lub regeneracja uszkodzonych może, w zależności od modelu pojazdu, wiązać się ze znacznymi wydatkami. Przyjrzyjmy się bliżej półosiom, odgrywanej przez nie roli w układzie przeniesienia napędu i zobaczmy, jakie ich typy są najczęściej stosowane.

Dlaczego w aucie potrzebne są półosie napędowe?

To oczywiste, że każde auto musi być wyposażone w silnik, który jest źródłem napędu. Wytwarzany przez obroty wału korbowego jednostki napędowej moment obrotowy powinien być jednak odpowiednio zwiększony za pośrednictwem przekładni, czyli skrzyni biegów, a następnie dostarczony do kół. W autach, w których stosowano napęd na tylne koła, rozwiązanie tego problemu było stosunkowo proste. Moc silnika przekazywana wałem ze skrzyni biegów trafiała do mechanizmu różnicowego, który umożliwiał dwóm napędzanym kołom poruszanie się z różną prędkością obrotową w zależności od pokonywanej drogi. Stąd sztywnymi półosiami moment obrotowy trafiał do kół. Było to możliwe, ponieważ cała oś była resorowana i oba obracające się koła przemieszczały się, zachowując kąt prosty pomiędzy płaszczyzną obrotu półosi a płaszczyzną, w której obracały się same.

Sytuacja jest jednak bardziej złożona w przypadku, gdy koła są skrętne, a w dodatku korzystają z niezależnego od siebie systemu zawieszenia. W takiej sytuacji nie ma możliwości zachowania stałego połączenia między półosią napędową a piastą koła, ponieważ jej środek może się przemieszczać w przybliżeniu po wycinku sfery w różne strony. Połączenie koła z napędem musi więc dawać możliwość jednoczesnego przemieszczania się końca półosi dochodzącego do piasty w płaszczyźnie poziomej i pionowej, a dodatkowo radzić sobie również ze zmianą odległości piasty koła względem dyferencjału.

Jak pracuje półoś napędowa?

Półoś napędowa ma zapewnić przekazywanie mocy do koła, które jednocześnie może być skręcone i przesuwać się w górę lub w dół, w zależności od pokonywanych przez auto nierówności. Żeby było to możliwe, na obu końcach półosi muszą się znajdować przeguby, które umożliwią taki zakres ruchu, a jednocześnie przez cały czas będą w stanie obracać kołami z jednakową prędkością kątową. Takie warunki spełnia konstrukcja przegubów homokinetycznych.

Najczęściej stosowanymi rodzajami przegubów homokinetycznych są przeguby kulowe lub trójramienne z tzw. kompensacją wzdłużną, czyli zmianą odległości piasty od półosi. W przegubie kulowym, zwanym przegubem Birfielda moment obrotowy jest przenoszony dzięki temu, że kulista czasza jest połączona z piastą zamocowaną do koła za pomocą 6 swobodnych kulek. Mogą się one przemieszczać po rowkach znajdujących się w czaszy i piaście, w związku z czym półoś i piasta są w stanie pracować pod różnymi kątami, zachowując stałą prędkość. Jednocześnie koło może się przesuwać osiowo w stosunku do półosi.

Przeguby trójramienne są zbudowane nieco inaczej. W tym przypadku na każdym z ramion krzyżaka umocowanego centralnie na półosi znajduje się łożysko, które podobnie, jak kulki w przegubie Birfielda może się przemieszczać po bieżniach wewnątrz czaszy.

Jedną z części równie ważnych, jak elementy mechaniczne jest zakładana na przegub półosi osłona zwana manszetą. Jest to wykonana z elastomeru „harmonijka”, która zapobiega przedostawaniu się do wnętrza przegubu zanieczyszczeń.

Kiedy półoś ulega awarii?

Najczęściej przyczyną uszkodzenia półosi jest przerwanie osłony i dostanie się do środka przegubu piasku, wody czy drobnych kamyków. Powodują one uszkodzenia mechaniczne i wymywanie smaru. Usterki są też powodowane tym, że półosie muszą sobie radzić z dużymi obciążeniami wynikającymi z nierówności drogi. Im więcej dziur w jezdni, tym większe siły działają na półosie i przeguby i tym łatwiej o mechaniczne uszkodzenie ich elementów. Kolejnym źródłem awarii jest gwałtowne przyspieszanie w sytuacji, gdy koła pojazdu są silnie skręcone. Opory, jakie musi pokonać półoś, są przy tym tak duże, że częste powtarzanie takich sytuacji prowadzi do zmęczenia materiału.