Sprzęgłem nazywamy zespół układu napędowego maszyn, przeznaczony do łączenia wałów i przekazywania momentu obrotowego z wału czynnego (napędzającego) na wał bierny (napędzany) bez zmiany kierunku ruchu obrotowego. W ogólnym przypadku można określić, że sprzęgło składa się z członu czynnego, członu biernego i łącznika. Przez człon rozumie się zespół elementów sprzęgła osadzony na wale czynnym lub biernym, natomiast łącznikiem nazywa się części (kołki, śruby itd.) lub czynnik (np. ciecz), przekazujące moment obrotowy z członu czynnego na człon bierny. Łącznik określa zatem sposób przekazania momentu obrotowego i jednocześnie charakteryzuje dane sprzęgło.

1. Sprzęgła nierozłączne

Sprzęgłami nierozłącznymi nazywa się sprzęgła, w których człony czynny i bierny są połączone trwale, tzn. nie można ich rozłączać w czasie pracy. Sprzęgła te stosuje się w przypadkach, gdy rozłączanie członów następuje jedynie przy demontażu maszyny. Sprzęgła nierozłączne dzieli się na:

sprzęgła sztywne, uniemożliwiające przesunięcia względne między członami w czasie eksploatacji;

sprzęgła samonastawne, pozwalające na niewielkie przesunięcia wzdłużne i poprzeczne wałów;

sprzęgła podatne, w których łącznikiem są elementy sprężyste.

Sprzęgła sztywne. Do sprzęgieł sztywnych zalicza się sprzęgła tulejowe, łubkowe i kołnierzowe. Sprzęgła te wymagają zachowania dokładnej współosiowości łączonych wałów.

- Sprzęgło tulejowe kołkowe jest jednym z najprostszych rodzajów sprzęgieł. Tuleja jest w tym przypadku członem czynnym i biernym, a kołki-łącznikiem. Łącznikami mogą być również wpusty lub kliny. Stosuje się także połączenia skurczowe tulei z wałem. Wybór łącznika zależy od charakteru obciążenia, warunków montażu itd. Wada sprzęgieł tulejowych jest m.in. konieczność znacznych przesunięć osiowych tulei lub wału podczas montażu i demontażu sprzęgła.

- Sprzęgło łubkowe składa się z dwóch łubek, które są zaciskane na wałach za pomocą śrub. Sprzęgło przenosi moment obrotowy dzięki istnieniu tarcia między łubkami a wałem. Uzyskanie odpowiedniego docisku łubek do wału umożliwia szczelina między łubkami. Wpusty służą do osadzenia sprzęgła na wałach oraz odgrywają rolę dodatkowego zabezpieczenia przed poślizgiem, zwłaszcza przy chwilowych przeciążeniach. Łubki wykonuje się z żeliwa Z1 200 lub rzadziej ze staliwa. Zaletą sprzęgieł łubkowych jest dość łatwy ich montaż i demontaż. Do wad zalicza się duże wymiary, znaczną masę oraz trudność wyrównoważenia sprzęgła. Ze względu na podane wady sprzęgła łubkowe znajdują zastosowanie tylko w napędach wolnobieżnych.

- Sprzęgła kołnierzowe składają się z dwóch tarcz złączonych śrubami. Tarcze osadza się na wałach najczęściej za pomocą wpustów. W celu zapewnienia współosiowego ustawienia członów (tarcz) sprzęgła wykonuje się wytoczenia środkujące na płaszczyznach czołowych. W wykonaniu według normy śruby są ciasno pasowane w otworach. W tym przypadku moment obrotowy jest przenoszony przez śruby.

W innej wersji konstrukcyjnej stosuje się śruby luźno osadzone w otworach. W tym przypadku sprzęgło przenosi moment obrotowy przez tarcie, wywołane dociskiem tarcz przez śruby. Siła tarcia musi być co najmniej równa sile wynikającej z przenoszonego momentu obrotowego. Zakłada się przy tym, że działa ona na średnicy rozstawienia śrub. Omawiane sprzęgła wymagają przy demontażu rozsunięcia tarcz. Jeżeli jest to niedogodne, wówczas zamiast wytoczeń w tarczach stosuje się dwudzielną przekładkę środkującą. Rzadziej stosuje się kołnierze stanowiące jedną całość z wałem, przy czym mogą być one odkute, przyspawane lub osadzone skurczowo na wale.

Sprzęgła samonastawne. Umożliwiają one łączenie wałów i przenoszenie momentu obrotowego w przypadkach, gdy osie wałów nie pokrywają się lub gdy podczas pracy występują przesunięcia osiowe jednego z wałów. Niewspółosiowość wałów może występować zarówno wskutek błędów montażowych, jak i w wyniku odkształceń w czasie pracy (np. ugięć wałów). W celu zapewnienia prawidłowej pracy tych sprzęgieł konieczne jest umożliwienie ruchów członów względem siebie lub ruchów łącznika względem członów. Sprzęgła samonastawne muszą się więc charakteryzować luzami i możliwością ślizgania się współpracujących części po sobie, dlatego też nie nadają się do pracy przy zmiennym kierunku ruchu obrotowego wału, jak również do przenoszenia dużych obciążeń.

- Sprzęgło kłowe umożliwia przesunięcia wzdłużne wałów w granicach luzu osiowego. Przesunięcia tego rodzaju występują najczęściej wskutek wydłużeń cieplnych. Łącznikiem w tym sprzęgle są kły na powierzchniach czołowych obu tarcz. Wymiary i liczby kłów zależą jak we wszystkich konstrukcjach od warunków technologicznych i wytrzymałościowych. Środkowanie tarcz zapewnia tuleja środkująca.

- Sprzęgła zębate zalicza się do sprzęgieł uniwersalnych, umożliwiających przenoszenie momentu przy przesunięciach osiowych, poprzecznych i kątowych. Tarcze uzębione, osadzone na wałach, współpracują z tulejami o uzębieniu wewnętrznym, przy czym obie tuleje są złączone śrubami. Na rys przedstawiono sprzęgło zębate dwustronne. Stosuje się również sprzęgła zębate jednostronne, w których na jednym wale jest osadzone sprzęgło zębate, a na drugim tylko tarcza płaska. Obie tarcze są połączone śrubami, jak w sprzęgle dwustronnym. Uniwersalny charakter pracy sprzęgieł zębatych wynika ze specjalnych kształtów zębów oraz z występowania luzów międzyzębnych.

- Sprzęgła przegubowe (Cardana) stanowią specjalną grupę sprzęgieł samonastawnych są stosowane do łączenia wałów o kącie między osiami dochodzącym do 40°. Zasada działania sprzęgła polega na zastosowaniu sztywnego krzyża, ułożyskowanego w widełkach, wzajemnie prostopadłych. W przypadku stosowania sprzęgieł z jednym przegubem wał napędzany obraca się ze zmienną prędkością kątową, co jest dopuszczalne tylko w mechanizmach podrzędnych. Dla uzyskania stałej prędkości kątowej obu wałów stosuje się sprzęgła o dwóch przegubach i wałku pośrednim, przy czym kąty muszą być sobie równe, a widełki wału pośredniego muszą leżeć w jednej płaszczyźnie.

Sprzęgła podatne. W sprzęgłach podatnych podstawowym elementem jest łącznik podatny sprężysty, którego zadaniem jest umożliwienie chwilowego względnego obrotu wału biernego w stosunku do wału czynnego. Dzięki podatności łącznika sprzęgła te mogą zmniejszać wpływ obciążeń dynamicznych na pracę napędu (np. podczas rozruchu), łagodzić drgania, zmniejszać nierównomierności przenoszonego momentu obrotowego itd.

W sprzęgłach podatnych łączniki wykonuje się najczęściej z gumy lub w sprzęgłach całkowicie metalowych - ze sprężyn najrozmaitszych kształtów.

- Sprzęgło kabłąkowe (oponowe) składa się z dwóch tulei z przyspawanymi do nich tarczami. Rolę łączników odgrywają cztery odcinki taśmy gumowej wygiętej w kształcie kabłąków i przykręconej do tarcz śrubami.

- Sprzęgła wkładkowe tulejkowe stanowią rodzaj sprzęgieł podatnych z łącznikiem gumowym, których parametr podaje wytwórca w katalogach. Sprzęgła te są również określane jako sprężyste palcowe. W czasie chwilowego wzrostu obciążenia wkładki gumowe są ściskane, łagodząc w ten sposób skutki przeciążenia.

- Sprzęgło podatne z pakietami sprężyn płaskich, osadzonymi promieniowo, umożliwia duże tłumienie, tzn. łagodzenie skutków nagłego wzrostu obciążenia. Przez odpowiedni dobór kształtu wycięć, w których są umieszczone końce sprężyn, można uzyskać m.in. złagodzenie nierówności przenoszonego momentu obrotowego.

- Sprzęgło ze sprężyną wężykową, tzw. sprzęgło Bibby, jest dość często stosowane. Sprężyna wężykowa (esowa) jest nawinięta między zębami o specjalnym kształcie. Zęby są umieszczone naprzemianlegle na obu tarczach sprzęgła. Uzębienie tarcz wraz ze sprężyną jest zamknięte obudową. Sprężyna pracuje w smarze stałym. W zależności od obciążenia sprzęgło wykazuje w czasie pracy cechy sprzęgła sztywnego, podatnego lub przeciążeniowego (bezpieczeństwa).

Poza podstawowymi zadaniami sprzęgieł podatnych, wynikającymi z zastosowania łącznika sprężystego, charakteryzują się one tym, że mogą jednocześnie wykonywać zadania spełniane normalnie przez sprzęgła samonastawne. Tak na przykład, sprzęgło ze sprężyną wężykową dopuszcza przesuw wzdłużny 4-20 mm, poprzeczny 0,5- 3 mm i odchylenie kątowe do 1°.

Sprzęgła sterowane. Sprzęgłami sterowanymi nazywa się sprzęgła wyposażone w urządzenia, za których pomocą pracownik obsługujący urządzenie może dokonywać połączenia lub rozłączenia członów sprzęgła. W zależności od charakteru pracy łączenie lub rozłączanie sprzęgła może następować w czasie spoczynku albo w ruchu, przy czym o konstrukcji sprzęgła może decydować również kierunek momentu i ruchu obrotowego przy włączaniu oraz warunki wyłączania: przy biegu luzem czy też pod obciążeniem. Sprzęgła sterowane dzieli się na:

sprzęgła przełączalne s y n c h r o n i c z n i e, w których przełączanie następuje tylko przy równych lub prawie równych prędkościach kątowych członów czynnego i biernego,

sprzęgła przełączalne a s y n c h r o n i c z n e (cierne) -przekazujące moment obrotowy w wyniku działania sił tarcia, co umożliwia przełączanie przy różnych prędkościach kątowych obu członów.

Sprzęgła przełączalne synchronicznie. Sprzęgła te są również nazywane sprzęgłami rozłączalnymi kształtowymi, ponieważ najczęściej funkcję łącznika spełniają kły lub zęby, czyli elementy kształtowe.

- Sprzęgła kłowe włączalne w czasie spoczynku są wykonane w zasadzie identycznie jak sprzęgła samonastawne kłowe. Różnica polega na zastosowaniu mechanizmu umożliwiającego przesuw poosiowy jednej z tarcz w celu rozłączenia sprzęgła. Sprzęgła włączalne w czasie spoczynku są obecnie rzadko stosowane, ponieważ są wypierane przez wygodniejsze w obsłudze sprzęgła włączalne w czasie ruchu.

- Sprzęgło zębate składa się z dwóch tarcz, z których jedna ma uzębienie zewnętrzne, a druga wewnętrzne. Jedna z tarcz jest przesuwna. Podobnie jak w sprzęgłach kłowych, nadaje się zębom kształty ułatwiające włączanie. Krawędzie zębów ścina się pod kątem i zaokrągla, ponadto skraca się co drugi ząb, stwarzając w ten sposób większe luki.

Sprzęgła przełączalne asynchronicznie (cierne). Zasada działania sprzęgieł ciernych polega na tym, że tarcze sprzęgła są dociskane siłą wywołującą na powierzchniach ciernych siłę tarcia, która umożliwia przeniesienie momentu obrotowego z członu czynnego na bierny. Podstawową cechą tych sprzęgieł jest możliwość włączania ich przy różnych prędkościach członów, a nawet wtedy, gdy człon bierny pozostaje w spoczynku. W okresie od włączenia do osiągnięcia pełnej synchronizacji prędkości obrotowej członu czynnego i biernego między powierzchniami ciernymi występują poślizgi, wskutek czego sprzęgło silnie się nagrzewa i jednocześnie zużywają się powierzchnie cierne.

- Jednym z najprostszych sprzęgieł ciernych jest sprzęgło tarczowe. Składa się ono z dwóch tarcz, z których jedna jest osadzona na wale na stałe, a druga - przesuwnie. Moment obrotowy jest przenoszony, gdy tarcza przesuwna jest dociśnięta do tarczy stałej siłą wzdłużną Fw. Aby sprzęgło cierne nie ulegało zbyt szybkiemu zużyciu, moment tarcia, jaki można uzyskać pod wpływem siły docisku Fw, powinien być większy od maksymalnego momentu obrotowego, jaki przenosi sprzęgło M_T ≥ M_max = K·M

- Sprzęgło cierne wielopłytkowe jest zwielokrotnionym sprzęgłem tarczowym. Płytki cierne są osadzone na zmianę. Płytki w tulejach są osadzone na wypustach w ten sposób, że ruch obrotowy mogą wykonywać tylko razem z daną tuleją, natomiast wzdłuż tulei mogą się przemieszczać swobodnie. Każda tuleja stanowi element związany w innym wałem.

- Sprzęgło cierne stożkowe (tarcze mają stożkowe powierzchnie cierne). Podobnie jak w pozostałych sprzęgłach sterowanych, jedna z tarcz jest połączona z wałem na stałe, a druga przesuwa się wzdłuż drugiego wału najczęściej po wpuście. Zaletą tego sprzęgła jest możliwość uzyskania takiej samej siły tarcia jak w sprzęgle tarczowym, przy znacznie mniejszej sile włączającej Fw.

Sprzęgła samoczynne. Sprzęgła samoczynne umożliwiają łączenie lub rozłączanie członów bez interwencji obsługującego, tzn. wyłącznie wskutek zmian zadanych parametrów pracy. Najczęściej wykorzystuje się siły bezwładności (zwłaszcza siły odśrodkowe), zmianę kierunku ruchu obrotowego lub zmianę momentu obrotowego.

Sprzęgła samoczynne dzieli się na:

odśrodkowe, w których włączenie lub rozłączenie sprzęgła następuje na skutek działania siły odśrodkowej,

jednokierunkowe, przekazujące moment obrotowy tylko w jednym kierunku, a wyłączające się przy zmianie kierunku ruchu obrotowego,

bezpieczeństwa, wyłączające się przy przekroczeniu założonego momentu obrotowego.

Sprzęgła odśrodkowe stosowane są najczęściej jako sprzęgła rozruchowe, umożliwiające rozruch bez obciążenia silników o dużych prędkościach początkowych. Bezwładność mas członu biernego w początkowej fazie rozruchu powoduje poślizgi na powierzchniach ciernych i dopiero po osiągnięciu odpowiedniej prędkości obrotowej członu biernego następuje przeniesienie całkowitego momentu. W sprzęgłach odśrodkowych są stosowane różne kształty segmentów i różne konstrukcje innych elementów tych sprzęgieł.

Sprzęgła jednokierunkowe, przekazujące moment obrotowy tylko w jednym kierunku, działają pod wpływem siły obwodowej jako siły nacisku lub siły tarcia. Najczęściej stosuje się sprzęgła zapadkowe i sprzęgła cierne.

- Sprzęgło zapadkowe. Koło uzębione jest osadzone na jednym członie (np. czynnym), a zapadki na elemencie współpracującym. Przy ruchu obrotowym koła uzębionego w prawo następuje przeniesienie momentu obrotowego, natomiast przy przeciwnym zapadki ślizgają się po zębach. Zależnie od konstrukcji sprzęgła koło uzębione i zapadki są umieszczone na zewnątrz lub wewnątrz tarczy, a liczba zapadek wynosi 1-4.

- Sprzęgła cierne przenoszą moment obrotowy w wyniku działania sił tarcia. Przy ruchu obrotowym tarczy w prawo następuje zaciśnięcie wałków między tarczą kształtową i pierścieniem. Zaciskanie ułatwia docisk sprężynek. Przy zmianie kierunku ruchu obrotowego wałki pokonują opór sprężynek i spoczywają swobodnie między tarczą i pierścieniem, nie przenosząc momentu obrotowego.

Sprzęgła bezpieczeństwa stanowią trzecią grupę sprzęgieł samoczynnych. Ich działanie polega na samoczynnym wyłączeniu sprzęgła po przekroczeniu założonego momentu obrotowego. Istnieją dwa podstawowe rodzaje sprzęgieł bezpieczeństwa: z łącznikiem podlegającym zniszczeniu; z łącznikiem trwałym

- Przykładem sprzęgła z łącznikiem podlegającym zniszczeniu jest sprzęgło sztywne tulejowe kołkowe. Przy identycznej konstrukcji różnica polega na tym, że w sprzęgle bezpieczeństwa należy zastosować kołki o mniejszej średnicy lub wykonane z materiału o niższej wytrzymałości, które po przekroczeniu założonego momentu obrotowego ulegną zniszczeniu.

- Zasadę działania sprzęgieł bezpieczeństwa z łącznikiem trwałym. Założony moment obrotowy jest przenoszony przez siły docisku między wałeczkami umieszczonymi we wgłębieniach obu pierścieni (czynnego i biernego). Gdy założony moment zostaje przekroczony, wałeczki osadzone na sprężynach są wciskane i następuje ich przemieszczenie w sąsiednie położenia. Wymiary sprzęgła powinny być odpowiednio dobrane. Zmiana położenia (wejście między inne wałeczki członu współpracującego) musi następować z oporem tak ustalonym, aby sprzęgło rozłączało się chwilowo dopiero przy odpowiedniej wartości momentu obrotowego.

---