Cruce cardanică (cuplaj universal)

Cuplajul universal, cunoscut la noi mai ales ca cruce cardanică, este un cuplaj mecanic care transmite mișcarea de rotație între doi arbori ale căror axe se întâlnesc sub un unghi. El permite continuarea transmiterii cuplului în jurul unei îndoiri a liniei de transmisie, adaptându-se la modificările acelui unghi pe măsură ce componentele se mișcă. Forma clasică, articulația Cardan sau Hooke, constă din două furci dispuse în unghi drept și legate printr-o piesă centrală în formă de cruce, numită cruce cu sateliți, ale cărei patru brațe se sprijină pe rulmenți cu ace.

În funcționare, o furcă este fixată pe arborele de intrare, iar cealaltă pe arborele de ieșire, crucea legându-le între ele. Pe măsură ce intrarea se rotește, crucea pivotează în rulmenții săi, lăsând arborele de ieșire să o urmeze deși este orientat într-o direcție ușor diferită. Acest lucru se vede cel mai des la capetele arborelui cardanic al unui vehicul, unde articulația permite ca ieșirea din cutia de viteze și puntea spate să fie la înălțimi și unghiuri diferite și să se miște una față de cealaltă pe măsură ce suspensia lucrează peste denivelări.

Trăsătura care definește articulația, dar și principalul ei dezavantaj, este că nu transmite rotația la o viteză perfect constantă atunci când lucrează sub un unghi. În fiecare rotație, arborele de ieșire accelerează și încetinește de două ori față de intrare, o fluctuație care devine cu atât mai pronunțată cu cât crește unghiul de lucru. Această mișcare neuniformă induce o vibrație de torsiune care poate fi simțită și auzită și supune linia de transmisie unor solicitări ciclice.

Inginerii gestionează acest aspect printr-o metodă binecunoscută: folosind două cuplaje universale pe arborele cardanic și dispunând furcile lor în fază, cu unghiuri de lucru egale la fiecare capăt, astfel încât accelerarea primei articulații să fie anulată de încetinirea celei de-a doua, lăsând roțile să se rotească la o viteză constantă. De aceea un arbore de transmisie tipic pentru tracțiune spate are câte o articulație la fiecare capăt. Acolo unde este nevoie de o ieșire lină prin unghiuri mari și variabile, în special la roțile motoare din față ale unei mașini care și virează, se folosește în schimb articulația homocinetică (CV), care transmite cuplul la viteză uniformă indiferent de unghi.

Cuplajele universale sunt simple, robuste și capabile să suporte un cuplu mare, ceea ce le menține larg răspândite pe arborii de transmisie și semiarborii camioanelor și ai mașinilor cu tracțiune spate. Ele necesită totuși atenție: multe au gresoare ce trebuie lubrifiate periodic, iar rulmenții cu ace uzați se anunță printr-o bufnitură la luarea de sarcină sau printr-o vibrație care se accentuează cu viteza. Crucea cardanică lucrează împreună cu arborele de transmisie pe care îl conectează, cu diferențialul pe care îl alimentează și cu articulația homocinetică ce o completează la nivelul roților.