MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ AGRONOMICKÁ FAKULTA
BAKALÁŘSKÁ PRÁCE
BRNO 2014
ONDŘEJ ŠVAŇHAL
Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav techniky a automobilové dopravy
Stupňovité převodovky motorových vozidel Bakalářská práce
Vedoucí práce: Ing. Jiří Čupera Ph.D
Vypracoval: Ondřej Švaňhal
Brno 2014
Zadání
PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma Stupňovité převodovky motorových vozidel vypracoval samostatně a použil jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém seznamu literatury. Bakalářská práce je školním dílem a může být použita ke komerčním účelům jen se souhlasem vedoucího diplomové práce a děkana Agronomické fakulty Mendelovy univerzity v Brně.
dne ………………………………………. podpis ……………………………………
PODĚKOVÁNÍ Rád bych tímto poděkoval vedoucímu bakalářské práce Ing. Jiřímu Čuperovi, Ph.D., za jeho cenné rady a připomínky při tvorbě této práce.
Abstrakt Bakalářská práce se zabývá problematikou stupňovitých převodovek motorových vozidel. Úvodní část je zaměřena na hnací charakteristiku vozidel, ozubená soukolí a základní rozdělení převodovek. Hlavní část se zabývá popisem současného stavu stupňovitých převodovek, odlišností v jejich konstrukci u osobních, nákladních automobilů a traktorů a závěr je zaměřen na podrobnější popis principu práce vybrané stupňovité převodovky.
Klíčová slova Převodové ústrojí, mechanická převodovka, hnací charakteristika vozidel, pilový diagram, nákladní automobil
Abstract The Bachelor thesis deals with stepped transmissions of motors vehicles. The introductory part is focused on driving characteristics of vehicles, gears and principal division of transmissions. The main part deals with describing current status of stepped transmissions, differences in their structure at the cars, trucks and tractors, and the conclusion is focused on a more detailed description of the work selected stepped transmission.
Key words Transmissions, mechanical transmission, driving characteristics of vehicles, saw diagram, truck
OBSAH ÚVOD......................................................................................................................................... 9 1
CÍL PRÁCE....................................................................................................................... 10
2
HNACÍ CHARAKTERISTIKA VOZIDEL ..................................................................... 11
3
2.1
Pilový diagram ........................................................................................................... 11
2.2
Volba počtu a odstupňování převodových stupňů ..................................................... 12
2.3
Určení rozsahu rychlostních stupňů ........................................................................... 13
OZUBENÁ KOLA ............................................................................................................ 14 3.1
Rozdělení ozubeného soukolí .................................................................................... 15
3.1.1 Valivá soukolí ........................................................................................................ 15 3.1.1.1
Čelní soukolí ................................................................................................... 15
3.1.1.2
Kuželová soukolí ............................................................................................ 16
3.1.2 Šroubová soukolí .................................................................................................... 16 4
ZÁKLADNÍ ROZDĚLENÍ PŘEVODOVEK ................................................................... 16 4.1
Podle druhu převodů .................................................................................................. 16
4.2
Podle způsobu řazení ................................................................................................. 17
4.3
Podle způsobu změny převodového poměru ............................................................. 17
4.3.1 Stupňové převodovky............................................................................................. 17 4.3.2 Plynulé převodovky................................................................................................ 17 5
SOUČASNÝ STAV KONSTRUKCE STUPŇOVITÉ PŘEVODOVKY
MOTOROVÝCH VOZIDEL ................................................................................................... 17 5.1
Synchronizované převodovky.................................................................................... 18
5.2
Manuální stupňové převodovky................................................................................. 20
5.2.1 Dvouhřídelové převodovky .................................................................................... 20 5.2.2 Tříhřídelové převodovky ........................................................................................ 21 5.3
Vícenásobné převodovky ........................................................................................... 22
5.3.1 Jednoskupinové převodovky bez redukce .............................................................. 22 5.3.2 Dvouskupinové převodovky s redukcí ................................................................... 23 5.3.3 Třiskupinové převodovky s redukcí ....................................................................... 24 5.4
Převodovky řazené pod zatížením ............................................................................. 25
5.4.1 Dvoutoké převodovky řazené pod zatížením, převodovka DSG .......................... 25 5.4.2 Planetové převodovky ............................................................................................ 26 5.5
Poloautomatické převodovky .................................................................................... 27
6
ODLIŠNOSTI V KONSTRUKCI STUPŇOVITÝCH PŘEVODOVEK OSOBNÍCH,
NÁKLADNÍCH AUTOMOBILŮ A TRAKTORŮ ................................................................. 29 6.1
Osobní automobily ..................................................................................................... 29
6.2
Nákladní automobily.................................................................................................. 30
6.2.1 Elektronicko-pneumatické řazení (EPS) ................................................................ 30 6.2.2 Samočinné hydromechanické převodovky............................................................. 31 6.2.3 Hydrodynamické měniče točivého momentu ......................................................... 31 6.2.4 Planetová soukolí automatických převodovek ....................................................... 32 6.3
Traktory ..................................................................................................................... 33
6.3.1 Traktorové převodovky .......................................................................................... 33
7
6.3.1.1
Mechanické převody ....................................................................................... 34
6.3.1.2
Hydrodynamické převodovky......................................................................... 34
6.3.1.3
Diferenciální hydrostatické převodovky ......................................................... 36
DVOUHŘÍDELOVÁ PĚTISTUPŇOVÁ PŘEVODOVKA 02J ...................................... 36 7.1
Konstrukce ................................................................................................................. 37
7.2
Princip řazení ............................................................................................................. 40
7.2.1 Princip funkce nesynchronizované převodovky s přímým záběrem ...................... 40 7.3
Řazení zpětného rychlostního stupně ........................................................................ 41
7.4
Řadící ústrojí .............................................................................................................. 42
7.4.1 Řadicí ústrojí v převodovce.................................................................................... 42 7.4.2 Řadící ústrojí mimo převodovku ............................................................................ 44 7.4.3 Ovládání spojky...................................................................................................... 45 ZÁVĚR ..................................................................................................................................... 47 SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY ...................................................................................... 48 SEZNAM OBRÁZKŮ ............................................................................................................. 50
ÚVOD Bakalářská práce se zabývá stupňovitými převodovkami motorových vozidel. Převodovka je jednou z hlavních částí převodného ústrojí motorových vozidel. Má za účel měnit smysl otáčení hnacích kol vozidla (zpětný chod), umožnit běh naprázdno (volnoběh) motoru stojícího vozidla, měnit otáčky výstupního hřídele převodovky, přenášet a měnit velikost točivého momentu. Dbá se, aby převodovka splnila určité parametry: - vysoká mechanická účinnost - malé rozměry - nízká hmotnost - spolehlivé a jednoduché ovládaní - dlouhá životnost a spolehlivost - malá hlučnost - bezpečnost - jednoduchá výroba při nízkých nákladech Vznik převodovek se připisuje roku 1894, francouzským vynálezcům Louis-Rene Panhard a Emile Levarson, kteří představili třístupňovou převodovku, která je stále výchozím bodem pro většinu současných manuálních převodovek. Práce je kromě úvodních a závěrečných kapitol rozdělena na 6 kapitol hlavních. Je v nich zpracována hnací charakteristika vozidel, problematika ozubených soukolí, základní rozdělení převodovek a současný stav stupňovitých převodovek, odlišnosti v jejich konstrukci u osobních, nákladních automobilů a traktorů a podrobnější popis principu práce vybrané stupňovité převodovky.
9
1
CÍL PRÁCE Cílem bakalářské práce je popis současného stavu stupňovitých převodovek
motorových vozidel, analýza odlišnosti mezi konstrukcemi stupňovitých převodovek osobních, nákladních automobilů a traktorů a detailní popis a princip práce typického zástupce stupňovité převodovky.
10
2
HNACÍ CHARAKTERISTIKA VOZIDEL Hnací charakteristika vozidel je závislost hnací síly, jízdních odporů na rychlosti.
Vychází z rovnováhy hnací síly s jízdními odpory.
2.1
Pilový diagram Pilový diagram je graf závislostí rychlostí motorového vozidla a otáčkami motoru při
jednotlivých rychlostních stupních. Tato závislost je vyjádřena přímkami procházejícími počátkem souřadnic. nPemax – otáčky motoru při maximálním výkonu, nMtmax - otáčky motoru při maximálním točivém momentu.
Obr. 1 Pilový diagr Obr. 1 Pilový diagram [4]
11
2.2 Volba počtu a odstupňování převodových stupňů Nejlepší využití výkonu motoru při všech rychlostech vozidla dává průběh hnací síly podle hyperboly konstantního výkonu. P = F . v = Pmax . ηm = konst.
[2]
F – hnací síla (kN) v – rychlost (km/h) Kdyby mělo vozidlo jen základní převod i0 a maximální potřebný převod ic max, nebylo by možno pro hnací sily a rychlost jízdy využít dostatečně výkon motoru, jak je znázornění těchto poměrů v diagramu F-v (obr. 2). Proto je nutno mezi základní převod a maximální převod vložit další převodové stupně (obr. 3), čímž se zlepší využití výkonu motoru při středně velkých hnacích sil.
Obr. 2 Diagram F-v pro vozidlo s
Obr.3 Diagram F-v pro vozidlo s
dvoustupňovým převodem [2]
pětistupňovou převodovkou [2]
Mimo využití výkonu motoru, zlepšuje počet rychlostních stupňů i možnost řazení převodů během jízdy. Čím menší rozdíly mezi dvěma sousedními rychlostními stupni jsou, tím jsou převody snáze řazeny bez velkého rozsahu otáček motoru (2000 – 3000 ot/min). Při jízdě do svahu s maximální dávkou paliva je pak maximálně možný odstup dvou sousedních rychlostních stupňů dán podmínkou, aby rychlost vozidla, při které je možno řadit na větší rychlostní stupeň, neklesla pod rychlost, při níţ je na daný převod, maximální tažná 12
síla, tj. aby otáčky motoru neklesly pod otáčky, při nichž má motor maximální točivý moment. [2]
2.3 Určení rozsahu rychlostních stupňů Rozsahem rychlostních stupňů Ri rozumíme poměr maximálního celkového převodu mezi motorem a hnacími koly ic max a minimálního (základního) převodu mezi motorem a hnacími koly ic min (resp. i0), tzn.
[2] Základní převod i0 nazýváme celkový převod, vřazený mezi motor a hnací kola vozidla, při nejmenším zařazení rychlostního stupně ip. Určení tohoto stupně je důležité, neboť jeho velikost určuje polohu rovnovážného stavu při jízdě maximální rychlostí na rovině. Základní převod má vliv jak na dynamické vlastnosti vozidla tak i na pracovní režim motoru. Z „Dynamiky motorových vozidel“ plyne pro základní převod:
[2] Kde nm [1/min] jsou otáčky motoru, rd [m] dynamický poloměr, v [km/h] rychlost. Pro ochranu motoru před přetočením do vysokých otáček, ke kterému může dojít při jízdě ze svahu, někdy se určuje základní převod z rovnovážného stavu při jízdě ze svahu 1,5%, kdy maximální rychlost bude vyšší a tedy základní převod vyjde menší. Při jízdě na rovině bude ovšem menší dynamičnost vozidla. [2]
13
Rychlostní poměr i je poměř, kdy převody zvyšují hnací moment motoru (bez zřetele na ztráty):
[2] převod dopomala: i >1 převod dorychla: i <1. 14 Minimální celkový převod, tzn. Základní převod ic min = i0 je celý v rozvodovce, tzn.: ic min = ir .irych
[2]
Přičemž ir je stálý převod a převod v převodovce ip = 1. Má-li vůz převod irych< 1 pak: ic min = ir .irych
3
[2]
OZUBENÁ KOLA Ozubené kolo je disk, který má po obvodu definované zuby (ozubení) a je přizpůsoben
k přenosu krouticího momentu mezi hřídeli (osami) nebo otočnými součástmi stroje. Je základní konstrukční součástí převodovek a jiných strojů. Používají se tam, kde je potřeba převádět točivý pohyb a přenášet mechanickou energii z jednoho hřídele na druhý. Převod ozubenými koly může být jednoduchý (obr. 4) nebo složený (obr. 5). Jednoduchý převod, je dvojice kol, malé kolo (pastorek) a velké ozubené kolo. Složený převod je, když je v záběru více dvojic ozubených kol.
Obr. 4 Jednoduché soukolí [17]
Obr. 5 Složené soukolí [17]
14
3.1 Rozdělení ozubeného soukolí a) Dle tvaru zakřivení zubů (čelní (obr. 6) i kuželová (obr. 7)): - s přímými (obr. 6a,7a) - se šikmými (obr. 6b,7b)
a)
b)
c)
d)
- se šípovými (obr. 7c) - kruhové (obr. 6d,7c,d) - šroubové
Obr. 6 Čelní zakřivení zubů [17] b) Dle relativního pohybu: 1. valivá soukolí: - čelní - kuželová 2. šroubová soukolí: - šneková - šroubová - hypoidní Obr. 7 Kuželová zakřivení zubů [9]
3. Dle vzájemné polohy os: - osy rovnoběžné - různoběžné - mimoběžné
3.1.1 Valivá soukolí 3.1.1.1 Čelní soukolí Čelní soukolí je nejčastější používané ozubené soukolí. Čelní soukolí s přímými zuby se vyznačuje vyšší hlučností, zpravidla zabírá jen jeden zub, otáčení není rovnoměrné. Převodový poměr dosahuje i=6. Čelní soukolí se šikmými zuby má tichý a bezhlučný chod, zabírá vždy více zubů současně, a proto může přenést vyšší zatížení. Nevýhodou je vznik axiální síly.
15
Čelní soukolí se šípovým ozubením se používá pro přenos velkých výkonů, mohou se otáčet v obou smyslech. 3.1.1.2 Kuželová soukolí Valivá soukolí s kuželovými koly slouží k vytvoření kinematické a silové vazby mezi různoběžnými hřídeli (převážně při úhlu os Σ=90°). Podle průběhu zubů se rozlišují kola se zuby přímými, šikmými a zakřivenými. V porovnání s válcovými koly jsou kuželová kola náročnější na výrobu i montáž. Při výrobě ozubení jsou potřeba specializované stroje a nástroje a je náročnější dosažení daného stupně přesnosti. Při letmém uložení roste nebezpečí deformací a tím i zhoršení záběrových poměrů (především pro kola s přímými zuby). Pro vyšší rychlosti, větší zatížení a vyšší převodový poměr (až i=10) se používají kola se zuby šikmými a zakřivenými. [9] 3.1.2 Šroubová soukolí Šneková soukolí (globoidní) mohou přenášet velké výkony, běžně 50 až 100 kW (optimální 0.04kW-120kW, extrémní 1000 kW); v jednom stupni jsou schopna realizovat vysoké převodové poměry i = 5 až 100, (u kinematických převodů až i=1000). Mají přitom malé rozměry, nízkou hmotnost a jsou konstrukčně ucelená (kompaktní). Vyznačují se klidným a tichým chodem a mohou být navržena jako samosvorný převod. Nevýhodou je velký skluz v ozubení, který způsobuje vyšší ztráty třením, a tím i nižší účinnost převodu. Výroba ozubení je náročnější a dražší a jeho životnost bývá vinou opotřebení nižší než u soukolí valivých. [8]
4
ZÁKLADNÍ ROZDĚLENÍ PŘEVODOVEK
4.1 Podle druhu převodů -s ozubenými koly: dvouhřídelové, tříhřídelové, planetové -třecí převodovky -hydrodynamické převodovky: hydrodynamické měniče -hydrostatické převodovky: hydromotory, hydrogenerátory -elektrické převodovky -diferenciální hydrostatické převodovky
16
4.2 Podle způsobu řazení - s přímým řazením - volba je závislá na přímém působení řidiče - s nepřímým řazením - řadí se pomocí pomocného zařízení (kapalina, vzduch) - samočinné převodovky - volba převodových stupňů automatická (samočinná)
4.3 Podle způsobu změny převodového poměru 4.3.1 Stupňové převodovky Jsou to převodovky ručně řazené a díky jejich jednoduchosti se prosadily převodovky s předlohovým hřídelem, které jsou tříhřídelové nebo dvouhřídelové. Při změně jednotlivých rychlostních stupňů se následkem vypnutí spojky (sešlápnutý spojkový pedál) vždy přeruší přenos hnacího momentu, je to nevýhoda zejména při jízdě do stoupání, hlavně u nákladních vozidel. 4.3.2 Plynulé převodovky U plynulé převodovky dochází ke změně převodového poměru plynule a pod zatížením. Tím nedochází k úbytku krouticího momentu při jízdě do stoupání. Ke změně převodového poměru se využívají různá zařízení jako např.: variátory, planetové převodovky, planetové
5
SOUČASNÝ STAV KONSTRUKCE STUPŇOVITÉ PŘEVODOVKY MOTOROVÝCH VOZIDEL Mechanická převodovka pro osobní automobily a lehké nákladní automobily (do 7,5
tuny) je v našich končinách nejrozšířenějším typem. Vyrábí se dnes prakticky pouze v pěti a šestistupňovém provedení. Její výroba je relativně levná a dobře technologicky zvládnutá, hmotnost převodovky je přiměřená velikosti a přenášenému výkonu a patří k lehčím typům. Automatické převodovky se vyrábí v klasickém provedení s hydrodynamickým měničem točivého momentu, který nahrazuje třecí spojku a planetovými převody nebo i s klasickým soukolím, dále v provedení bez hydrodynamického měniče se dvěma spojkami, klasickým evolventním soukolím a rozvětveným přenosem výkonu. U druhého typu se ruční řazení jednotlivých stupňů řeší pomocí malé páčky nebo tlačítek „nahoru – dolů“. Převodovky s plynulým převodem (bezstupňové, nebo chcete-li s nekonečným počtem převodových stupňů) se vyrábějí omezeně, hlavně pro malé výkony, i když jsou vyvinuté převodovky pro přenos točivého momentu nad 300 Nm. Převodovky se 17
plynulým převodem mají několik technických provedení, jejich nevýhodou je obecně nižší účinnost a vysoké nároky na přesnost výroby, výhodou je možnost nastavit libovolný převodový poměr a tak optimalizovat chod motoru, nižší účinnost s optimalizací chodu motoru se vzájemně téměř vyruší a tak největší výhodou je zcela automatický provoz, změnu převodu určuje počítač podle provozních poměrů. Změna převodu je možná za plného přenosu výkonu, dobře navržený systém by měl mít lepší akcelerační schopnosti oproti stupňovým převodovkám. Součástí každé převodovky je zpětný chod, pro terénní vozidla může být i vícestupňový. Zpětný chod má převod blízký I. stupni, protože musí zajistit spolehlivý rozjezd vozidla i do stoupání. [6]
5.1 Synchronizované převodovky Pod pojmem synchronizované převodovky se rozumí převodovky, u kterých se před zasunutím vzájemně spojovaných ozubených elementů nejdříve srovnají rychlosti těchto rotačních součástí na stejné otáčky (synchronizací je označena souběžnost). S výjimkou synchronizace typu Porsche se „uvedení na stejné otáčky“ provádí pomocí kónických synchronizačních kroužků, které se při řazení „nasunují“ na protilehlý kónus tělesa spojky kola daného rychlostního stupně a svým třením toto kolo zbrzdí (při řazení nahoru), resp. zrychlí (při řazení dolů). U dnešních synchronizovaných převodovek se používá jištěná synchronizace s blokovacím kroužkem (obr.8), tzn. že zařazení daného rychlostního stupně je možné teprve tehdy, když se ozubené kolo této rychlosti uvede na stejné otáčky s příslušnou řadicí objímkou. [10] Typy synchronizací převodovek: - jištěná synchronizace s blokovacím kroužkem; - dvojitá synchronizace; - vnější synchronizace; - blokovací synchronizace typu Porsche s přítlačnou silou řízenou servomotory.
18
Obr. 8 Jednotlivé díly jištěné synchronizace kroužkem [10]
Obr. 9 Konstrukce a princip funkce jistící synchronizace s ozubeným kroužkem [10]
19
5.2 Manuální stupňové převodovky Vzhledem k tomu, že ručně řazené převodovky jsou konstrukčně poměrně jednoduché, začaly se u nich prosazovat převodovky s předlohovým hřídelem, které jsou buď dvouhřídelové (deaxiální, nesouosé) nebo tříhřídelové (axiální, souosé). 5.2.1 Dvouhřídelové převodovky U dvouhřídelových převodovek (obr. 10) dochází k přenosu krouticího momentu vždy jen jedním párem ozubených kola to pro všechny rychlostí stupně. Tyto převodovky se značí velice dobrou účinností, neboť při všech vstupních převodech, kromě zpětného, je v záběru jen jeden pár ozubených kol. Lehkost a bezhlučnost řazení se dosahuje pomocí synchronizační spojky, která přesune volně se otáčející kola na vstupním hřídeli do záběru s pevně uloženými koly na předlohovém hřídeli. Použití dvouhřídelových převodovek je zejména u automobilů s tzv. blokovou konstrukcí, kdy je motor umístěn u hnací nápravy a celé převodové ústrojí se vyznačuje menší velikostí. [2],[4]
Obr. 10 Dvouhřídelová pětistupňová převodovka 02K automobilu Škoda Octavia [4]
20
5.2.2 Tříhřídelové převodovky Tříhřídelové převodovky (obr. 11) mají společnou osu vstupního a výstupního hřídele, který při spojení synchronizační spojku tvoří tzv. přímý záběr, při kterém je převodový poměr roven 1a nemusí se měnit vstupující moment (užívá se zejména pro pátý rychlostní stupeň). Točivý moment je přenášen pomocí malého ozubeného kola na vstupující hřídeli, které je v neustálém záběru s největším kolem předlohového hřídele. Na předlohovém hřídeli jsou pevně nalisovaná, spojená pomocí drážkování nebo per, ozubená kola, odpovídající svým počtem počtu rychlostí. Při zařazené rychlosti (kromě přímého záběru) jsou spolu vždy v záběru dva páry ozubených kol. Při zařazení ,,zpátečky“ je třeba, aby se změnil smysl otáčení výstupního hřídele. Toho dosáhneme vložením pomocného ozubeného kola mezi předlohový a výstupní hřídel. Přídavné kolo pouze mění smysl, ale nemá žádný vliv na změnu rychlosti otáčení. Tříhřídelové převodovky jsou využívány v automobilech se standartním pohonem, kdy jsou motor, převodovka a poháněná náprava uloženy v řadě za sebou a umožňují počítat s širším rozmezím převodových poměrů mezi nejnižším a nejvyšším převodovým stupněm. [2],[4]
Obr. 11 Pětistupňová tříhřídelová převodovka pro osobní automobil s pohonem zadní nápravy [4] 21
5.3 Vícenásobné převodovky Vícenásobné převodovky se dělí na převodovky bez redukce – jednoskupinové a převodovky s redukcí – dvojskupinové, třískupinové. 5.3.1 Jednoskupinové převodovky bez redukce Velkou výhodou těchto převodovek je lehké řazení, kdy pro každý rychlostní stupeň je určen jeden pár ozubených kol (kromě zpětného chodu a přímého záběru) a při samotném řazení se uvolňuje jedna řadící spojka, kdežto druhá bývá zapojená. Na druhou stranu velké množství ozubených kol a řadících prvků vede zase k vysokým konstrukčním nákladům, což bereme jako jednu z nevýhod. Jednoskupinové převodovky můžeme najít jak v osobních automobilech, tak i v autobusech nebo nákladních automobilech do 7 rychlostních stupňů. Na (obr. 12) můžeme vidět řez šestistupňovou převodovkou ZF-Ecolite S 6-36 s přímým záběrem pro šestý stupeň určenou pro autobusy s maximálním krouticím momentem 650 Nm.[2]
Obr. 12 Řez převodovkou ZF – Ecolite S 6 – 36 [2]
22
5.3.2 Dvouskupinové převodovky s redukcí Samotná převodovka má před nebo za sebou další přídavný převod, který zdvojnásobuje počet rychlostních stupňů vlastní převodovky. Rovněž umožňuje řadit i dva zpětné chody. Dvouskupinové převodovky můžeme najít u nákladních vozidel, jako jsou například Tatra 815 nebo Praga 10 P 80. Americká společnost Eaton přišla na trh s dvanáctistupňovou dvouskupinovou převodovkou Twin Splitter 4x3 pro nákladní vozidla s točivým momentem až 1815 Nm, která bývá hojně využívána při závodech tahačů – např. SISU SL 250. Převodovka Eaton Twin Splitter (obr. 13) je složena z hlavní převodovky (4 dopředné a 1 zpětný chod) a z přídavné třístupňové převodovky se vzduchem řazenými dělicími převody. K dispozici je posléze 12 dopředných a 3 zpětné chody. V základní i přídavné části jsou dva předlohové hřídele a zcela chybí synchronizace, která je nahrazená jisticím (blokovacím) zařízením. To umožňuje zařazení ozubcových spojek pouze v případě, že jsou otáčky spojovaných dílů stejné. Vyrovnávání otáček se děje ovládáním akcelerátoru, popřípadě spojky s brzdičkou. Řazení probíhá dle klasického ,,H – schématu“, ale navíc je na řadicí páce umístěna třípolohová páčka předvoliče přídavného převodu: I- pomalu, II-střed, III-rychle. Přídavný převod je volen ještě před změnou rychlostního stupně, což vyžaduje značnou koncentraci při úkonu řazení. Jde ovšem pouze o dobu od rozjezdu do rychlosti 45 km/h, protože potom již není nutné řadicí páku dále ovládat. Po překročení této hranice zůstává zařazen 4. rychlostní stupeň, a to až po maximální konstrukční rychlost. Tato skutečnost se jeví jako největší přednost převodovky Eaton Twin Splitter.[2]
23
Obr. 13 Dvouskupinová převodovka Eaton Twin Splitter [2]
5.3.3 Třískupinové převodovky s redukcí Používání tohoto typu převodovek bývá nejčastěji realizováno, pokud je u vozidla nutné mít alespoň 10 rychlostních stupňů. Každý přídavný převod zdvojnásobuje počet rychlostních stupňů, tudíž základní 4 – stupňová převodovka, vložená mezi přídavné převody vpředu a vzadu má celkem 16 rychlostních stupňů. Nevýhodou těchto převodovek je poměrně velká složitost ovládání, která se eliminuje používáním pneumatických nebo elektropneumatických zařízení. Typickým představitelem třískupinových převodovek můžeme uvést převodovku Mercedes-Benz G 125 (obr. 14), která je šestnáctistupňová s elektronicko-pneumatickým řazením, určená pro nákladní vozidla s výkonem motoru 210 – 350 kW. Velkou předností této převodovky je jemné odstupňování hlavních převodů, což vede k optimálnímu využití jízdního výkonu a dosažení vysoké průměrné rychlosti při poměrně malé spotřebě paliva. [2]
24
Obr. 14 Třískupinová převodovka Mercedes – Benz G 125 [2]
5.4 5.4.1
Převodovky řazené pod zatížením Dvoutoké převodovky řazené pod zatížením, převodovka DSG První návrhy těchto převodovek jsou datovány již do období před druhou světovou
válkou, ovšem svého největšího rozmachu dosáhly v 80. letech 20. století, kdy firma Porsche přišla na trh s převodovkou Porsche Doppelkupplung (PDK), kterou nasadila do svých závodních speciálů Porsche 956 a 962. Novinkou těchto převodovek byla možnost řadit rychlostní stupně bez přerušení hnací síly vozidla tzn. pod zatížením. Vozidlo v tomto případě zrychluje rovnoměrně bez řadících přestávek a dosahuje lepších výkonů i při plném zatížení. Tento fakt je významný zejména u automobilů s přeplňovanými motory, jelikož není nutné při řazení ubírat plyn (přerušit dodávku paliva) a nedochází proto k poklesu přeplňovacího tlaku. Nutnost ovládání spojkového pedálu odpadá při částečném zatížení a změna rychlostních stupňů je příjemnější.[2] Schéma funkce dvoutoké převodovky Porsche- PDK je znázorněno na (obr. 15), kdy přenášený výkon je do převodovky přiváděn spojkou (S1) nebo (S2). Změna převodových stupňů přichází v činnost, pokud se momentový tok obrátí ze spojky (S1) na spojku (S2). Změna rychlostního stupně je ukončena, pokud je spojka (S1) rozpojena. 25
Obr. 15 Schematicky znázorněná funkce převodovky Porsche – PDK [2]
Průběh řazení je manuální, řízený elektronicky polo - nebo zcela automaticky. Dvojitá spojka slouží k rozjezdu i k řazení a společně s převodovými stupni je ovládána hydraulicky. [2] 5.4.2 Planetové převodovky Planetové převodovky (obr. 16) jsou konstruovány tak, aby bylo možno řadit rychlostní stupně pod zatížením. To v praxi znamená, že při řazení nedojde k přerušení momentového toku. Hnací moment z motoru, přiváděný centrálním kolem se předává na několik satelitů, což do určité míry eliminuje síly působící na ozubení a umožňuje volit i menší modul. Další výhodou je nezatěžování ložisek u všech točivých částí, neboť zatěžující síly působí jako dvojice a to dokonce i při lichém počtu satelitů. Planetové převodovky se značí velmi dobrou účinností, zejména u vhodných typů planetových převodů. Celá převodovka je oproti převodovce s čelními koly kompaktnější a je v ní velmi dobře využitý prostor pro uložení planetového soukolí. Tichý chod převodovky zajišťuje stálý záběr ozubených kol, která jsou navíc méně zatěžována na boku zubů a umožňují přenos vysokých otáček. Snad jedinou nevýhodou je složitost a velký počet součástí při vysokém počtu převodových stupňů. Z tohoto důvodu bylo upuštěno od výroby převodovek typu Wilson a daleko více se upřednostňují převodovky dvou- až třístupňové, umožňující zpětný chod a spolupracující s hydrodynamickým měničem nebo hydrodynamickou spojkou. Řazení je ovládáno buď 26
poloautomaticky, nebo zcela automaticky a při řízení vozidla se soustřeďujeme pouze na brzdový a akcelerační pedál. Planetové soukolí se je rozšířené nejen u převodovek, ale setkat se s ním můžeme u diferenciálů v rozvodovkách, slouží jako redukce v kolech hnací nápravy a bývá zabudované u přídavných převodovek. [2]
Obr. 16 Soukolí planetového převodu [4]
5.5 Poloautomatické převodovky Skupina převodovek, které jsou ovládány pouze za pomoci řadicí páky, nazýváme poloautomatické nebo taky automatické převodovky se selektivním řazením převodových stupňů. U automobilů využívajících této převodovky došlo k redukci pedálů na dva, kdy byl pedál spojky nahrazen automatickým zařízením. Mezi poloautomatické převodovky můžeme zařadit i převodovky manuální, které používají elektropneumatické nebo elektro-hydraulické zařízení. [2] Poloautomatické převodovky musí bezpodmínečně zabezpečit: - automaticky zapnout spojku při rozjezdu vozidla; - zapínání spojky musí být pozvolné, následuje dostatečně rychlé úplné zapnutí; - rychlé vypnutí spojky při poklesu otáček motoru na hranici otáček naprázdno; - při vypnuté spojce nesmí dojít k samovolnému zvyšování otáček motoru během řazení; 27
- převodovka musí přerušit silový tok mezi motorem a převodovkou při řazení, pokud ovšem nejde o řazení při zatížení; - parkovací brzdění motorem u stojícího vozidla.
Obr. 17 Převodovka Tatra 14TS210L [15]
Jde o skupinu převodovek vyvinutých na přelomu osmdesátých a devadesátých let minulého století, kdy se začaly objevovat u vozidel Formule 1. Největší inovací byl přechod z klasického schématu řazení do „H “ na řazení rychlostí přímým pohybem řadicí páky nebo spínači, umístěnými přímo na volantu. Obr. 18 naznačuje princip ovládání a obr. 19 schéma řazení sekvenční převodovky. Nejlepší přirovnání tohoto systému řazení si můžeme spojit s řazením rychlostí na motocyklech. [2] U osobních vozidel došlo k začlenění sekvenčně řazených převodovek do převodového ústrojí v roce 1997, kdy se začaly objevovat například u vozidel Ferrari F 355 F1. Od té doby došlo k obrovskému rozvoji tohoto odvětví a dá se předpokládat, že v průběhu následujících deseti let budou sekvenčně řazené převodovky společně s plně automatickými převodovkami montovány do 99 % všech vyrobených vozidel a vytlačí z trhu převodovky manuální. Kromě zkrácení času pro řazení se sekvenční převodovky uvádějí i ve spojitosti snížení emisí, optimalizování spotřeby paliva a nižšímu opotřebování díky omezení nešetrného zacházení ze strany řidiče. [2]
28
Obr. 18 Schéma hydraulického ovládání sekvenční převodovky: 1- spínače „pádel“ pod volantem, 2- hydraulické čerpadlo, 3- tlakové relé, 4- jednosměrný ventil, 5- akumulátor tlak, 6 - hydraulický rozbočovač, 7- zásobník kapaliny, 8- odlehčovací ventil [16]
Obr. 19 Schéma řazení sekvenční převodovky [2]
6
ODLIŠNOSTI V KONSTRUKCI STUPŇOVITÝCH PŘEVODOVEK OSOBNÍCH, NÁKLADNÍCH AUTOMOBILŮ A TRAKTORŮ
6.1 Osobní automobily U osobních automobilů se zpravidla používají manuální ručně řazené převodovky a to dvouhřídelové i tříhřídelové nejčastěji pětistupňové a v současné době i šestistupňové. 29
Součástí převodovky je diferenciál a rozvodovka. Rozdělení a druhy jsou již popsány v kapitole 4 a 5. Podrobnější popis v kapitole 7. Rostoucí nároky na jízdní komfort, spotřebu paliva, hlučnost a snížení škodlivých emisí výfukových plynů kladou na stupňové převodovky takové nároky, aby byly přizpůsobeny různým motorům a tvořily s nimi jednu konstrukční skupinu. Z tohoto důvodu se stále více do popředí dostávají šesti- a sedmistupňové převodovky. Ty umožňují lepší, „jemnější“ odstupňování převodových stupňů s lepším využitím výkonu a průběhu točivého momentu motoru, větší komfort v důsledku klidnějšího chodu, zajišťují nižší spotřebu paliva, větší tažnou sílu při prvním rychlostním stupni a vyšší pohodlí při pomalé jízdě, zároveň však mají vyšší konstrukční nároky, zvyšuje se hmotnost a v některých případech se zhorší účinnost. [9]
6.2 Nákladní automobily U nákladních automobilů se používá široká škála převodovek. Převodovky jsou konstrukčně uzpůsobeny podle účelu vozidla a podle požadovaného výkonu. Můžeme se setkat v různých vozidlech s různým počtem rychlostních stupňů, od 4 až třeba po 18 rychlostních stupňů. Jednoskupinové převodovky (kapitola 5.3.1) mají od 4 do 7 převodových stupňů. Pro více rychlostních stupňů se využívají tzv. víceskupinové převodovky (kapitola 5), dvouskupinové (kapitola 5.3.2) či třískupinové (kapitola 5.3.3). Nejvíce využívanými jsou samočinné převodovky s hydrodynamickým měničem a lamelové spojky umožňují řazení bez přerušení přenosu hnacího momentu. Řazení převodových stupňů tedy skoro odpadá. 6.2.1 Elektronicko-pneumatické řazení (EPS) Pro usnadnění řazení jednotlivých převodových stupňů a pro volbu správného rychlostního stupně bylo především pro použití v nákladních vozidlech vyvinuto řazení EPS (Mercedes-Benz). Nachází se u šestnáctistupňových skupinových převodovek a skládá se z jedné čtyřstupňové převodovky s jednou dělenou skupinou a jedním sériově zapojeným skupinovým planetovým převodem. Dnes se s tímto systémem můžeme setkat i u jiných výrobců užitkových vozidel. Patří sem Daimler-Chrysler (Telligent), Scania (Opticruise) a Volvo („i“-Shift). Výrobci jako Iveco, MAN, DAF a Renault sázejí na převodovku firmy ZF = Zahnradfabrik Friedrichshafen (AS-Tronic). Tato převodovka pracuje bez synchronizace a stejnoměrnost chodu hřídelí se ovládá výlučně pomocí elektroniky motoru. [6]
30
6.2.2 Samočinné hydromechanické převodovky Samočinné převodovky výrazně zlehčují obsluhu vozidla. Jednotlivé rychlostí stupně jsou řazeny automaticky. Je však nezbytné, aby řidič mohl během jízdy do řazení zasáhnout. Například když je při předjíždění potřeba zařadit rychle nejvhodnější rychlostní stupeň, nebo při prudkém klesání může být potřeba zařadit nižší rychlostní stupeň, aby bylo dosaženo lepšího brzdění motorem. Na automatické převodovky jsou kladeny i mnohé další nároky, kterými jsou např.: plynulý rozjezd vozidla, plynulé řazení převodových stupňů, při běhu naprázdno se nesmí vozidlo samovolně pohybovat, vozidlo musí jít nastartovat jen při neutrálu a také při sešlápnutí plynového pedálu a tudíž plnému otevření škrticí klapky karburátoru musí být zařazen nižší převodový stupeň kvůli lepší akceleraci. Zjednodušeně můžeme říci, že samočinné hydromechanické převodovky se skládají z následujících částí: hydrodynamický měnič točivého momentu, planetového soukolí, řadicích prvků, kontrolního systému a pracovní kapaliny. [6]
Obr. 20 Automatická převodovka klasické konstrukce [6]
6.2.3 Hydrodynamické měniče točivého momentu Účelem hydrodynamické spojky není moment zvětšit, ale pouze jej přenést. Hydrodynamický měnič se skládá z lopatkových věnců turbíny a čerpadla a třetím lopatkovým věncem je tzv. reakční člen, nebo také rozvaděč či stator. Tento rozvaděč je napevno spojen se skříní měniče. Proud oleje směřuje od čerpadla do turbíny, z turbíny do rozvaděče a z něho zpět do čerpadla. Pro takovéto uspořádání je typické, že proudové poměry,
31
které jsou na čerpadlovém kole, jsou téměř nezávislé na proudu v turbínovém výstupu, který se přesto mění vlivem odlišných výstupních otáček. To je způsobeno právě tím, že rozvaděč je pevný a uspořádaně přivádí proud opět na čerpadlové kolo. Čerpadlo se spojeno s klikovým hřídel, pokud je tedy přidán plyn, čerpadlo se roztočí a nažene olej na turbínu, která je napojena na vstupní hřídel převodovky, a roztočí ji. Pokud se čerpadlo otáčí rychleji jak turbína, měnič přenáší větší momenty. Při vyšších otáčkách má však hydraulický měnič horší účinnost. Z toho důvodu bývá stator uložen na volnoběžce. Ve chvíli kdy otáčky čerpadla a turbíny jsou téměř vyrovnané, volnoběžka se uvolní a hydrodynamický měnič, se začne chovat jako hydrodynamická spojka, která sice neumí převádět větší momenty, ale při vyšších otáčkách má lepší účinnost. [6]
Obr. 21 Schéma hydraulického měniče [6]
6.2.4 Planetová soukolí automatických převodovek Jednoduché planetové soukolí není dostačující k dosažení potřebných převodových poměrů. U osobních automobilů, kde postačují tři, respektive čtyři dopředné rychlostní stupně se využívá dvou, respektive tří planetových soukolí. U nákladních automobilů či autobusů jen čtyři rychlostní stupně nepostačují, vyžadujeme jich šest či osm. V takovém případě jsou potřeba čtyři planetová soukolí. [6]
32
Obr. 22 Čtyři planetová soukolí automatické převodovky ZF 8 - speed automatic Transmission [6]
6.3 Traktory Moderní převodová ústrojí je možno zařadit mezi automatizované systémy komunikující digitální sběrnicí CAN-Bus s ostatními funkčními uzly traktoru. Ovládání jednotlivých členů převodových ústrojí probíhá mechanicky (lanovody, táhly), nebo častěji elektrohydraulicky pomocí proporciálních ventilů. V některých případech jsou navzájem propojeny skříně spojky, převodovky i hydrauliky a mají tak společnou olejovou náplň. Převodová ústrojí jsou potřebná také k přenosu točivého momentu k hydrogenerátorům (hydraulika, mazání) zabezpečujícím spolehlivou činnost traktoru. [3] 6.3.1 Traktorové převodovky Traktory pracují v rozmanitých podmínkách, které vyžadují změnu pojezdové rychlosti a tahové síly pro dosažení výkonnostních a ekonomických parametrů. Je proto nutné do převodových ústrojí zařadit převodovky, které umožní změnou převodového poměru lepší využití vlastností motoru a tedy traktoru jako celku. Kromě toho přenáší točivý moment pro pohon přední nápravy a vývodového hřídele. Technický rozvoj převodovek patří mezi nejprogresivněji se vyvíjející směry. Především aplikace elektronických systémů na dříve manuálně ovládané převody, u kterých volba převodového stupně závisela na řidiči, se mění. [3]
33
Rozdělení traktorových převodovek: - Mechanické - Hydrodynamické - Diferenciální hydrostatické 6.3.1.1 Mechanické převody Mechanický převod zůstává stále nejrozšířenějším způsobem přenosu výkonu motoru. Mechanické převodovky se používají zejména pro svou vysokou účinnost, provozní spolehlivost a přijatelnou cenu. Jejich nedostatek spočívá v omezených možnostech využití výkonu motoru, jak ukazuje charakteristika Fhm. Nejčastěji jsou koncepčně uspořádány z hlavní, skupinové a reverzační převodovky doplněné násobičem točivého momentu, který dovoluje řazení při zatížení (Dynashift, AutoQuad a další). [3] Mechanické převodovky můžeme rozdělit následovně: - převodovky nemající žádný ze stupňů řazený při zatížení; - převodovky s omezeným počtem stupňů řazených při zatížení; - převodovky se všemi stupni řazenými při zatížení. 6.3.1.2 Hydrodynamické převodovky Dosáhly největšího rozvoje v období 80. až 90. let minulého století, kdy zaznamenaly určitý stupeň automatizace, který nebyl tolik závislý na vývoji řídící elektroniky. Další rozvoj byl dán vývojem mechanických převodů s rostoucím počtem stupňů řazených při zatížení. Znamenaly především jednodušší a účinnější přenos výkonu motoru. U současných traktorů je využívaná velmi málo. Hydrodynamická převodovka kombinuje spojení hydrodynamické spojky nebo hydrodynamického měniče (obr. 23) a mechanické převodovky. [3]
34
Obr. 23 Hydrodynamický měnič momentu [12]
Obr. 24 Hydrodynamická převodovka HVK [14] 35
6.3.1.3 Diferenciální hydrostatické převodovky Převodovky umožňující plynulou změnu pojezdové rychlosti CVT (Continuously Variable Transmission). Jejich historie sahá do roku 1942 v podobě elektrického pohonu. Traktorové převodovky využívají diferenciální hydrostatickou převodovku založenou na kombinaci hydraulického a mechanického přenosu točivého momentu. Tvoří základ nejnovější technologie přenosu točivého momentu u traktorů. Tyto převodovky disponují potenciálem ideálního hyperbolického rozložení pojezdových rychlostí. Je to převodovka, která nabízí komfortní ovládání a dva regulační parametry, tzn. otáčky motoru a pojezdovou rychlost. [3]
Obr. 25 Schéma konstrukce CVT převodovky [18]
7
DVOUHŘÍDELOVÁ PĚTISTUPŇOVÁ PŘEVODOVKA 02J Převodovky 02J se používají pro příčně uložené motory ve vozech Škoda Octavia
(1.8/92 kW), (1.8 T/110 kW), (1.9 TDI/66/88 kW). Používá lamelovou hydraulickou spojku. Úspěšné zařazení rychlostního stupně zajišťuje synchronní spojka s kroužkem. Převodovku tvoří mechanická převodovka a diferenciál s rozvodovkou.
36
7.1
Konstrukce (obr. 26) Převodovka se skládá ze tří hřídelů – hnacího (3)(obr. 27), hnaného (4) (obr. 28) a
hřídele zpátečky (obr. 32). Hnací hřídel (3) a diferenciál (9) (obr. 29) jsou uloženy v kuželíkových ložiskách. Hnaný hřídel (4) je na straně soukolí stálého převodu (8) uložen ve dvojici kuželíkových ložisek, na druhé straně v jehlovém ložisku. Kola dopředných rychlostních stupňů mají šikmé ozubení a jsou ve stálém záběru. Řazení probíhá pomocí řadících synchronizačních spojek (5, 6 a 7). Druhý rychlostní stupeň má dvojnásobnou synchronizaci. Volně otočná ozubená kola 1. až 4. Rychlostního stupně jsou uložena na hnaném hřídeli (4) kolo 5. Rychlostního stupně na hřídeli hnacím (3). Všechna volně otočná kola dopředných rychlostních stupňů jsou uložena na jehlových ložiskách. Přenos řadících pohybů k řazení jednotlivých rychlostních stupňů je proveden lankovými táhly (bowdeny). Vlastní řazení se provádí pomocí kyvných řadících vidliček. Pohon rychloměru je na kleci diferenciálu (10). [4]
Obr. 26 Dvouhřídelová pětistupňová převodovka 02J Škoda Octavia [4] 37
Obr. 27 Hnací hřídel převodovky 02J [11]
Obr. 28 Hnaný hřídel převodovky 02J [11]
Obr. 29 Diferenciál převodovky 02J [11]
38
Tab. 1 Převodový poměr rychlostních stupňů [11]
Obr. 30 Skříň převodovky [11] 39
7.2
Princip řazení U těchto převodovek nelze přímo spojit hnací a hnaný hřídel. Převod je tvořen pouze
jedním párem ozubených kol. Jednotlivé rychlostní stupně se řadí přesunutím objímky synchronizační spojky. K vyrovnání otáček dochází pomocí synchronizačního zařízení – synchronizační spojka. [4] 7.2.1 Princip funkce nesynchronizované převodovky s přímým záběrem Při řazení se musí řadicí nebo volně uložená kola a jim příslušné řadicí objímky před jejich spojením (napevno) uvést navzájem na stejné otáčky, aby se unášecí ozubení mohla bezhlučně dostat vzájemně do záběru. Při řazení na vyšší převodový stupeň se musí volně uložené kolo zbrzdit dvojitým vyšlápnutím spojky, při řazení na nižší převodový stupeň zase urychlit dvojitým přidáním plynu (meziplyn). Jak je patrno na 1, 3 a 4 obr. 31, využívá se každá řadicí objímka pro řazení dvou rychlostních stupňů vpřed, čímž se pro polohu se čtyřmi rychlostními stupni vpřed dostává schéma zapojení ve tvaru H. Třetí řadicí objímka se u pětistupňové převodovky, může využít pro řazení jednoho rychlostního stupně vpřed a jednoho rychlostního stupně vzad. Zapojení a polohy zpětného chodu jsou různé u různých výrobců. [10]
40
Obr. 31 Princip řazení dvouhřídelové pěti-stupňové převodovky [10]
7.3 Řazení zpětného rychlostního stupně Hřídel zpátečky (1) se nachází mezi skříní převodovky a skříní spojky (obr. 32). Aby byl schopen přejímat unášecí sílu přenášenou řadící vidlicí, je uložen na jehlových ložiskách. Ozubené kolo zpátečky (3) se šikmým ozubením je pevně spojeno hřídelem zpátečky (1) a je trvale v záběru s hnacím kolem 1. rychlostního stupně (2). Na hřídeli zpátečky (1) je uloženo posuvně na drážkách i posuvné kolo zpětného rychlostního stupně (4). Řazení zpátečky se provádí přesouváním přesuvného kola zpátečky (4) do záběru s přesuvnou objímkou synchronizační spojky pro 1. a 2. rychlostní stupeň (5), která je na obvodu opatřena ozubením s přímými zuby. Zpátečka není synchronizována. Přesouváním kola (4) napomáhá tlačná pružina (6). Řazení zpátečky (i 5. rychlostního stupně) se provádí prostřednictvím nezávislého ústrojí. 41
U zpátečky je řadící pohyb veden samostatnou řadící vidlicí, určenou pro řazení zpětného rychlostního stupně. [4]
Obr. 32 Řazení zpětného rychlostního stupně převodovky 02J [4]
7.4 Řadící ústrojí 7.4.1 Řadicí ústrojí v převodovce (obr. 33) Řazení dopředných rychlostních stupňů se provádí výkyvnými vidlicemi (1). Řadicí vidlice (1) pro 1. až 4. rychlostní stupeň jsou uloženy otočně v kuličkových ložiskách (2). Výkyvná řadicí vidlice pro 5. rychlostní stupeň je nastavitelná a musí být nastavena zvlášť. Řadicí hřídel (pozn. 1 obr. 34) je součástí řadícího mechanismu (2), který je spojen s výkyvnými řadicími vidlicemi. Při volbě se řadicí hřídel (1) posunuje v axiálním směru, v otáčivém pohybu mu brání aretační (pojistná) kulička (3), na kterou působí tlačná pružina. [4] Při řazení rychlostního stupně se řadicí hřídel (1) spolu s pevně spojeným řadicím palcem (4) natočí a prostřednictvím řadící vidlice se zařadí zvolený rychlostní stupeň.
42
Obr. 33 Ovládání přesuvných řadících synchronizačních spojek výkyvnými řadicími vidlicemi [4]
Obr. 34 Ovládání řadicích vidlic řadicím hřídelem [4]
43
7.4.2 Řadící ústrojí mimo převodovku (obr. 35) Přenos řadícího pohybu (volby a řazení) je proveden dvěma lanovody (bowdeny). Toto řešení má následující výhody: - minimalizace přenosu vibrací na řadicí mechanismus a řadicí páku, - lankovým vedením se nepřenáší do prostoru pro cestující hluk, - systém nevyžaduje téměř žádnou údržbu, - vnitřní řadící mechanismus je umístěn nad hladinou oleje, což znamená zmenšení ovládací síly. Při pohybu řadicí pákou pro volbu rychlostního stupně leží střed otáčení (3) v držáku voliče (2), který je spojen s vedením řadicí páky (1), (obr. 36). Držák voliče (2) je uložen v tělese řazení. Kulový čep, který je zespodu na držáku voliče (2), vyvozuje protipohyb (např. pohybujeme-li řadicí pákou doleva, čep se pohybuje doprava). Čep je obepnut úhlovou pákou voliče (4). Ta slouží ke změně pohybu, který vyvolává tah, na pohyb, který vyvolává tlak. Pohybuje-li se řadicí páka ve směru řazení, je střed otáčení v ose (5) na vedení řadicí páky (1). Lanovod řazení je uchycen v dolní části řadicí páky. Lanovod volby přenáší pohyb na převodovou páku (1), která se nachází na víku řazení (obr. 37). Ta je spojena s řadicím hřídelem (3), kterým pohybuje nahoru nebo dolů. Dopředný, případně zpětný pohyb řadicí páky je lanovodem řazení přenášen na páku řazení (2). Páka řazení (2) natáčí řadící hřídel (3) do směru zvoleného rychlostního stupně. Řadicí palec, který je pevně spojen s řadicím hřídelem, zvolený rychlostní stupeň zařadí pomocí řadicích vidliček. [4]
44
Obr. 35 Ovládání řadícího hřídele v převodovce, dvěma lanovody [4]
Obr. 36 Řadicí mechanismus řadicí páky
obr. 37 Řadicí mechanismus na víku
umístěný v tělese řazení [4]
převodovky [4]
7.4.3 Ovládání spojky Lamelová spojka je ovládaná hydraulicky. Spojkový váleček je umístěn na skříni převodovky a působí přes tlačítko na vypínací páku. Ložisko spojky je na vodicím pouzdru, přes ložisko je ovládána spojka.
45
Obr. 38 Hydraulické ovládání lamelové spojky [11]
Obr. 39 Diferenciál s kuželovým převodem [11] 46
ZÁVĚR Bakalářská práce je zpracována na téma Stupňovité převodovky motorových vozidel. Na začátku práce jsem se věnoval zasvěcení do problematiky převodovek, jejich požadavkům a účelu. Poukázal jsem na druhy ozubených soukolí a možnosti zakřivení ozubení. Nejdříve jsem se věnoval základnímu rozdělení převodovek a následně podrobnějšímu popisu a funkci jednotlivého provedení. Další částí bylo analyzovat používané typy převodovek u osobních, nákladních automobilů a traktorů. I zde jsem uvedl typy převodovek, které se u daného odvětví používá. V závěrečné části se zaměřuji na vybranou převodovku, tedy převodovku 02J koncernu Volkswagen, která se montuje do první řady Škody Octavie. V konstrukci převodovek jsou si nejblíže nákladní automobily a traktory. Manuální stupňové převodovky se používají u menších/lehčích nákladních automobilů a traktorů. Větší a těžší používají nejmodernější automatická převodová ústrojí, která můžou být i automatizovaná, elektronický systém ovládá spojku i řazení. Řidiči odpadá řazení za pomocí spojky a tím pádem se může více soustředit na jízdu. Systém dokáže zvolit nejvhodnější rychlostní stupeň a tím dosáhne hospodárnější a efektivnější jízdy. U osobních automobilů v Evropě převládají zatím manuálně řazené převodovky nejčastěji 5. stupňové a 6. stupňové. Naopak v zámoří převládají převodovky automatické. Nyní se u automobilek zavádí trend nových sekvenčních převodovek. Já osobně si myslím, že ještě dlouho potrvá než automatické či sekvenční převodovky vytlačí manuální převodovky z trhu s osobními automobily.
47
SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY [1] VLK, F. Alternativní pohony motorových vozidel. 1. vyd. Brno: František Vlk, 2004. 234 s. ISBN 80-239-1602-5. [2] VLK, F. Převodová ústrojí motorových vozidel. 2. vyd. Brno: František Vlk, 2003. 312 s. ISBN 80-239-0025-0. [3] BAUER, F., SEDLÁK, P., ŠMERDA, T. Traktory. 1. vyd. V Brně: Mendelova zemědělská a lesnická univerzita, 2006. 192 s. ISBN 80-86726-15-0. [4] Ing. ZDENĚK, J., Ing. ŽDÁNSKÝ, B., a Ing. ČUPERA, J. Automobily 2: Převod, 2.vyd. Brno: Avid, spol. s r.o., 2009. 155 s. ISBN: 978-80-87143-12-4 [5] ŠMERDA, T., CUPERA, J., BAUER, F., SEDLÁK, P. Traktory s plynulou a stupňovitou převodovkou v dopravě. Mechanizace zemědělství. 2008. č. 7, s. 45-51. ISSN 1210-3926. [6] VÍTEK, David. Převodová ústrojí nákladních vozidel a autobusů. Brno, 2011. Bakalářská práce. Vysoké učení technické v Brně. Internetové zdroje [7] Strojírenství mechanika - učivo: Převody ozubenými koly [online]. 2013 [cit. 2013-04-30]. Dostupné
z:
http://strojirenstvi-mechanika.blogspot.cz/2010/11/16-prevody-ozubenymi-
koly.html [8] Mechanical, Industrial and Technical Calculations: Šneková soukolí [online]. 2003-2013 [cit. 2013-04-30]. Dostupné z: http://www.mitcalc.com/doc/gear4/help/cz/gear4.htm [9] Mechanical, Industrial and Technical Calculations: Kuželové ozubení s přímými, šikmými a
zakřivenými
zuby[online].
2003-2013
http://www.mitcalc.com/doc/gear2/help/cz/gear2.htm
48
[cit.
2013-04-30].
Dostupné
z:
[10] Mechanické stupňovité převodovky. Praktická dílna. 2007, č. 1, s. 24. Dostupné z: http://www.skolahostivar.cz/DownloadPF/03_dilna%20mechanick%C3%A9%20stup%C5 %88ov%C3%A9%20p%C5%99evodovky.pdf [11] Ozubená kola se starají o pohyb vpřed. Střední škola automobilní a informatiky [online]. 2013 [cit. 2013-04-30]. Dostupné z: http://www.skolahostivar.cz/DownloadPF/18.pdf
[12] Převodná ústrojí I. Škoda techweb [online]. 1999 - 2012 [cit. 2013-04-30]. Dostupné z: http://skoda.panda.cz/clanek.php3?id=435 [13] Prevodovka 2. Škoda rally club [online]. 2013 [cit. 2013-04-30]. Dostupné z: http://www.skodarallyclub.estranky.sk/clanky/spojka-a-prevodovka/prevodovka-2.html [14] Hydromechanická převodovka HVK33549. Scrigroup [online]. 2013 [cit. 2013-04-30]. Dostupné z: http://www.scrigroup.com/limba/ceha-slovaca/51/Hydromechanick-pevodovka%20HVK33549.php
[15]
Převodovka. Tatra [online].
2013
[cit.
2013-04-30].
Dostupné
z:
http://tatra.webz.cz/prevodovka.htm [16] Jak funguje. Kaps transmissions [online]. 2005 [cit. 2013-04-30]. Dostupné z: http://www.kaps-transmissions.com/photos_aktuality/2006_jakfunguje_5.jpg
[17]
Ozubené
kolo. Wikipedie [online].
2013
[cit.
2013-04-30].
Dostupné
z:
Dostupné
z:
http://cs.wikipedia.org/wiki/Ozuben%C3%A9_kolo
[18]
Schéma
CVT
převodovky
Fendt
Vario.
Brno,
2014.
http://bagry.cz/cze/clanky/technika/z_traktoru_do_nakladacu_jak_funguje_plynula_prevodov ka_cvt_vario
49
SEZNAM OBRÁZKŮ Obr. 1 Pilový diagram [4] ……………………………………………………………….…...11 Obr. 2 Diagram F-v pro vozidlo s dvoustupňovým převodem [2]………….………..……….12 Obr. 3 Diagram F-v pro vozidlo s pětistupňovou převodovkou [2] ………………………….12 Obr. 4 Jednoduché soukolí [17]…………………………….…………..…………………….14 Obr. 5 Složené soukolí [17] …………………………………………………...…..…………14 Obr. 6 Čelní zakřivení zubů [17] ……………………………...…………………..…….…..15 Obr. 7 Kuželová zakřivení zubů [9] ………………………………………………………….15 Obr. 8 Jednotlivé díly jištěné synchronizace kroužkem [10] ……………………………...…19 Obr. 9 Konstrukce a princip funkce jistící synchronizace s ozubeným kroužkem [10] ...…...19 Obr. 10 Dvouhřídelová pětistupňová převodovka 02K automobilu Škoda Octavia [4] …......20 Obr. 11 Pětistupňová tříhřídelová převodovka pro osobní automobil s pohonem zadní nápravy [4]………………..……………………………………………………………………….……21 Obr. 12 Řez převodovkou ZF – Ecolite S 6 – 36 [2] …………………………………….….22 Obr. 13 Dvouskupinová převodovka Eaton Twin Splitter [2] ……………………….………24 Obr. 14 Třískupinová převodovka Mercedes – Benz G 125 [2] ……………………………..25 Obr. 15 Schematicky znázorněná funkce převodovky Porsche – PDK [2] ………………….26 Obr. 16 Soukolí planetového převodu [4] ……………………………………………………27 Obr. 17 Převodovka Tatra 14TS210L [15] …………………………………………………..28 Obr. 18 Schéma hydraulického ovládání sekvenční převodovky [16] ……………………... 29 Obr. 19 Schéma řazení sekvenční převodovky [2] …………………………………………..29 Obr. 20 Automatickou převodovkou klasické konstrukce [7] ……………….…………….. 31 Obr. 21 Schéma hydraulického měniče [7] ...........…………………………………….….....32 Obr. 22 Čtyři planetová soukolí automatické převodovky ZF 8 - speed automatic Transmission [7] …. …………………………………………...…………………..…….…..33 Obr. 23 Hydrodynamický měnič momentu [12] ...…………………………………..…...….35 Obr. 24 Hydrodynamická převodovka HVK [14] ………………………………………… 35 Obr. 25 Schéma konstrukce CVT převodovky [18] ………………………………………..36 Obr. 26 Dvouhřídelová pětistupňová převodovka 02J Škoda Octavia [4] ………………….. 37 Obr. 27 Hnací hřídel převodovky 02J [11] ……………………………………………..……38 Obr. 28 Hnaný hřídel převodovky 02J [11]…………………………………………………..38 Obr. 29 Diferenciál převodovky 02J [11] ……………………………….…………………...38 Obr. 30 Skříň převodovky [11] ………………………………………………………………39 50
Obr. 31 Princip řazení dvouhřídelové pěti-stupňové převodovky [10] ……………..…...…..41 Obr. 32 Řazení zpětného rychlostního stupně převodovky 02J [4] ………………………….42 Obr. 33 Ovládání přesuvných řadících synchronizačních spojek výkyvnými řadicími vidlicemi [4] …………………………………………………………………………….……43 Obr. 34 Ovládání řadicích vidlic řadicím hřídelem [4] ………………………………………43 Obr. 35 Ovládání řadícího hřídele v převodovce, dvěma lanovody [4] ……………………...45 Obr. 36 Řadicí mechanismus řadicí páky umístěný v tělese řazení [4] …...…………………45 Obr. 37 Řadicí mechanismus na víku převodovky [4] ……………………………………….45 Obr. 38 Hydraulické ovládání lamelové spojky [11] ………………………………………...46 Obr. 39 Diferenciál s kuželovým převodem [11] …………………………………...……….46
51
