Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav automobilové dopravy
Převodová ústrojí motorových vozidel Bakalářská práce
Vedoucí práce: prof. Ing. František Bauer, Csc.
Vypracoval: Ivan Krbálek
Brno 2011
PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, ţe jsem bakalářskou práci na téma Převodová ústrojí motorových vozidel vypracoval samostatně a na základě pramenů, které uvádím v seznamu literatury. Bakalářská práce je školním dílem a můţe být pouţita ke komerčním účelům jen se souhlasem vedoucího bakalářské práce a děkana AF Mendelovy univerzity v Brně.
dne ………………………………………… podpis ……………………………………...
PODĚKOVÁNÍ Rád bych poděkoval vedoucímu mé bakalářské práce Prof. Ing. Františku Bauerovi, CSc. za cenné rady, konzultace a odborné vedení při zpracování bakalářské práce.
ABSTRAKT Cílem práce bylo zpracovat téma: Převodová ústrojí motorových vozidel. Celá práce je rozdělena do několika kapitol, ve kterých popisuji jednotlivé části převodového ústrojí, jako jsou: spojky, převodovky, rozvodovky a diferenciál. U kaţdé této části se zaměřuji na stručný popis, který většinou zahrnuje účel pouţití, princip mechanismu, rozdělení a výhody či nevýhody při pouţití určitého druhu. Dále je v práci obsaţeno několik obrázků, vţdy u dané kapitoly, pro lepší pochopení dané problematiky. Práce obsahuje analýzu technických parametrů převodovky pětistupňové mechanicky řazené MQ200-02T a automatické převodovky 001. Obě tyto převodovky se uţívají ve vozech Škoda Fabia. Byly provedeny výpočty rychlostí, sestaveny pilové diagramy a bylo provedeno technické hodnocení. Klíčová slova: spojky, převodovky, rozvodovky, diferenciály
ABSTRACT The aim of this work was to process a theme: Transmission gears for motor vehicles. The thesis is divided into several chapters, which describe different parts of the transmission, such as: cluthes, gears, axles and differentials. In this section, each focused on a brief description that usually includes the intended use, principle of the mechanism, classification, and advantages and disadvantages of using a certain type. Furthermore, the work includes several pictures, always with the chapters, to better understand the issues. The work includes analysis of technical parameters of five-speed gearbox mechanically actuated MQ200-02T and automatic gears 001. Both of these transmissions are used in the Škoda Fabia. Rate calculations were made, assembled saw diagrams and technical evaluation was carried out.
Keywords: cluthes, gears, axles, differentials
OBSAH OBSAH ............................................................................................................................. 6 1
ÚVOD .................................................................................................................... 8
2
CÍL PRÁCE ........................................................................................................... 9
3
SPOJKY ............................................................................................................... 10 3.1
Rozdělení.......................................................................................................... 10
3.1.1
Třecí .......................................................................................................... 10
3.1.2
Spojky hydrodynamické ........................................................................... 12
3.1.3
Spojky elektromagnetické......................................................................... 13
PŘEVODOVKY .................................................................................................. 16
4 4.1
Rozdělení převodovek ...................................................................................... 16
4.1.1
Stupňové převodovky se synchronizací .................................................... 16
4.1.2
Planetové převodovky............................................................................... 19
4.1.3
Automatické převodovky .......................................................................... 20
4.2 5
Zhodnocení převodovek ................................................................................... 24 ROZVODOVKY ................................................................................................. 24
5.1
Uloţení rozvodovky ve vozidle ....................................................................... 24
5.2
Jednostupňové rozvodovky .............................................................................. 24
5.2.1
Přímé zuby ................................................................................................ 25
5.2.2
Zakřivené zuby ......................................................................................... 25
5.2.3
Hypoidní kuţelové soukolí ....................................................................... 26
5.3
Dvoustupňové rozvodovky .............................................................................. 27 DIFERENCIÁLY ................................................................................................ 29
6 6.1
Princip .............................................................................................................. 29
6.2
Kuţelový diferenciál ........................................................................................ 29
6.2.1 6.3
Princip činnosti ......................................................................................... 29
Čelní diferenciál ............................................................................................... 30
6.3.1
Princip činnosti ......................................................................................... 30
6.4
Závěr diferenciálu ............................................................................................ 31
6.5
Samosvorný diferenciál .................................................................................... 32
ZHODNOCENÍ DVOU TYPŮ VYBRANÝCH PŘEVODOVEK ..................... 34
7 7.1
Převodovka MQ200-02T ................................................................................. 34
7.2
Automatická převodovka 001 .......................................................................... 38
7.3
Zhodnocení technického stavu ......................................................................... 43
8
ZÁVĚR ................................................................................................................ 44
9
POUŢITÁ LITERATURA .................................................................................. 45
10
SEZNAM OBRÁZKŮ ......................................................................................... 47
1
ÚVOD
Téma převodových ústrojí motorových vozidel je velice obsáhlé, jelikoţ zahrnuje spojky, převodovky a rozvodovky. V bakalářské práci se proto zaměřím na různé druhy převodových ústrojí, neboť převodových ústrojí je vyuţíváno téměř ve všech typech dopravní a manipulační techniky (osobní, nákladní, zemědělské, lodní aj.). Úkolem spojky je přenést točivý moment motoru, který přes ni teče dále skrz další části převodového ústrojí aţ k hnacím kolům. K řazení jednotlivých rychlostních stupňů je důleţité vypnutí spojky, tedy přerušení toku točivého momentu. Vypnutí spojky tedy umoţňuje krátkodobé stání vozidla za chodu motoru při zařazeném rychlostním stupni. Úkolem převodovky je přenášet a zvětšovat točivý moment motoru, který převodovkou prochází, dlouhodobě ho přerušit a také musí umoţnit změnu smyslu toku při couvání vozidla. U nás, ale i v celé Evropě má prozatím větší podíl pouţití manuální převodovky, ale uţ i zde se dostává do popředí automatická převodovka, a to nejen do luxusních vozů, ale i do menších aut, která se vyuţívají např. pro jízdu ve městě, kdy je nutné se rychle rozjíţdět a přeřazovat rychlostní stupně. Úkolem rozvodovky je redukovat otáčky, přenést a zvětšit točivý moment a dále ho přenést na hnací kola vozidla, popřípadě nápravy, pokud je pouţit mezinápravový diferenciál. Dále také musí zajišťovat vyrovnávání různých obvodových rychlostí jednotlivých hnacích kol při průjezdu zatáčkou.
8
2
CÍL PRÁCE
Cílem bakalářské práce je zhodnocení současného stavu převodových ústrojí motorových vozidel. U jednotlivých typů provést funkční rozbor. U vybraných typů převodovek, tedy u pětistupňové mechanicky řazené převodovky MQ200 – 02T a u čtyřstupňové automatické převodovky 001 vypočítat rychlosti vozidla na jednotlivé rychlostní stupně, sestrojit pilové diagramy a zhodnotit technické parametry.
9
3
SPOJKY
3.1
Rozdělení
Podle vzájemného silového působení se spojky dají rozdělit do tří kategorií: 1. třecí, - spojky třecí lamelové, - spojky třecí odstředivé, 2. hydrodynamické, 3. elektromagnetické. 3.1.1 Třecí 3.1.1.1 Spojky třecí lamelové Kaţdá spojka je tvořena částí hnací a hnanou. Hnací část se u tohoto typu skládá ze setrvačníku a přítlačného kotouče. Hnaná část je spojkový kotouč. Hnaná a hnací část jsou k sobě přitlačovány přítlačnými pruţinami.
Obr. 1 Klasické provedení jednokotoučové suché spojky (Vlk, 2003)
10
1 - spojkový kotouč; 2 - přítlačný kotouč; 3 - štít spojky; 4 - přítlačná pruţina; 5 - vypínací páka; 6 - regulační šroub; 7 - tlumící pruţina; 8 - vypínací objímka s kuličkovým loţiskem; 9 - obloţení; 10 - setrvačník; 11 - izolační podloţka 3.1.1.2 Spojky třecí odstředivé Zařazují se do skupiny automatických třecích spojek. Hlavními částmi této spojky jsou závaţí, pomocné pruţiny, vnější buben, přítlačný kotouč, opěrný kotouč, závěrný kotouč, lamely a přítlačné pruţiny.
Obr. 2 Odstředivá spojka Fichtel + Sachs (Vlk, 2003) Princip činnosti Při volnoběhu působí na závaţí malá odstředivá síla, závaţí se přitahují pomocnými pruţinkami k ose rotace tak, ţe raménka se opírají o vnitřní doraz na vnějším bubnu. Tím je uvolněn přítlačný kotouč i lamely o stanovenou vůli a spojka je rozepnuta. opěrný kotouč se udrţuje v základní poloze seřizovacími šrouby a působením přítlačných pruţin, které se druhým koncem opírají o závěrný kotouč. Při rozjíţdění se zvyšují otáčky, závaţí se začnou vlivem větší odstředivé síly vychylovat, aţ k vnějšímu dorazu na přítlačném kotouči. Přitom se závaţí odvalují po kotouči, který je posouvá k lamelám, stlačí je a způsobí osuv opěrného kotouče. Tím se zvětší síla přítlačných pruţin na hodnotu potřebnou pro přenos největšího hnacího momentu motoru a spojka je sepnutá. Při řazení jednotlivých převodových stupňů je potřeba rychlé vypnutí spojky, u tohoto typu spojek není rychlé vypnutí spojky moţné, protoţe odstředivá setrvačná síla se zmenšuje pomalu. Aby se docílilo rychlého vypnutí spojky, je nutno pouţít po11
mocné zařízení (posilovač), které rychle zmenší odstředivou sílu. Posilovač je nejčastěji ovládán pomocí elektrického čidla, které je umístěno v řadící páce. U odstředivé spojky je absence spojkového pedálu, k ovládání vozidla stačí pouze 2 pedály. 3.1.2 Spojky hydrodynamické Zařazují se do skupiny hydraulických spojek. Jejich vyuţití je přímo spjato s pouţitím automatických převodovek, u nichţ zachycuje ráz při řazení a sama vypíná při zastavení vozidla a běţícím motoru. Hydrodynamická spojka je tvořena dvěma částmi – čerpadlem a turbínou. Čerpadlové kolo je pevně spjato s hnacím hřídelem vedoucím od motoru, a turbinové kolo je pevně spjato s hnaným hřídelem. Kolo čerpadla i turbíny jsou uzavřeny v jedné společné skříni naplněné netuhnoucím a nepěnivým minerálním olejem, takţe ztráty povrchovým třením jsou minimální. Skříň má tvar anuloidu, prstence a její vnitřní prostor je rozdělen na dvě poloviny rovinou kolmou k ose spojky. Jedna polovina je pevně spojena se setrvačníkem, má uvnitř radiální lopatkování čerpadla a tvoří i plášť pro druhou polovinu spojky – turbínu. (Vlk, 2003)
Obr. 3 Schéma hydrodynamické spojky s motorem (Vlk, 2003) Princip činnosti hydrodynamické spojky Po spuštění motoru se roztočí setrvačník s čerpadlovým kolem a s celou skříní hydrodynamické spojky. Turbínové kolo, spojené s převodovkou, prozatím stojí. Olej v lopatkovém čerpadle se začne odstředivou silou pohybovat radiálním směrem od hřídele, na vnějším obvodu přetéká do kola turbíny a tím ho začne unášet. Zvyšováním 12
otáček spojky se zvyšuje i odstředivá síla působící na olejovou náplň, roste úměrně druhé mocnině otáček. Proto i točivý moment přenášený spojkou vzrůstá s druhou mocninou otáček. (Vlk, 2003) Výkon ztracený u tohoto typu spojky je 2 – 3 %. Tato spojka nemá za účel zvyšovat točivý moment motoru, ale měkce zachycovat rázy při řazení. Je vhodná k pouţití u automaticky řazené převodovky. Výhody hydrodynamické spojky Hydrodynamická spojka má několik předností jako je měkký záběr při rozjezdu vozidla, prodluţování ţivotnosti hnacího média (odstraňováním kmitů a rázů), při přetíţení motoru (např. vlivem nesprávného řazení převodových stupňů v kopci) zabrání jeho zhasnutí. Nevýhody hydrodynamické spojky Hydrodynamická spojka má také několik nevýhod jako je větší velikost, tím pádem zvětší hmotnost vozidla a také jeho cenu. Pokud vyuţíváme hydrodynamickou spojku společně s mechanickou převodovkou, potom musíme vyuţít ještě řadicí spojku, protoţe hydrodynamickou spojku nemůţeme za chodu od motoru odpojit. 3.1.3 Spojky elektromagnetické Tento typ spojky pracuje na principu elektromagnetických sil mezi hnací a hnanou částí. U tohoto typu spojky je absence spojkového pedálu, spínač elektrického proudu můţe být umístěn v řadící páce převodovky. Rozlišujeme dva typy elektromagnetických spojek: a)třecí spojka s elektromagnetickým přítlakem, b)magnetická prášková spojka.
13
Třecí spojka s elektromagnetickým přítlakem Skládá se ze šesti částí: elektromagnetická hlava s vinutím, kotvový kotouč, přítlačný kotouč, pevný kotouč, setrvačník, třecí kotouč. Princip činnosti Na přítlačném kotouči je připevněn sběrací krouţek pro přívod elektrického proudu a sběrací krouţek pro odvod elektrického proudu. Při zastaveném motoru nebo při nízkých otáčkách je spojka vypnuta tlakem pruţin uloţených mezi kotvovým a pevným kotoučem. Při zvyšování otáček se pohybem akceleračního pedálu zmenšuje regulační odpor, dynamo dodává větší proud a spojka zapíná. S rostoucími otáčkami se zvětšuje přítlak. Při řazení převodových stupňů se vysunutím řadicí páky zapne ovládací okruh elektromagnetu, kterým se vypne proudový okruh buzení elektromagnetu. Tím se spojka vypne a umoţní se řazení ţádaného převodu. Při stojícím motoru lze krátkodobě zapínat spojku proudem z akumulátoru a umoţnit zajištění stojícího vozidla na svahu. Přítlačná síla se nepřenáší na klikový hřídel a nepůsobí axiální síly v jeho uloţení při vypínání spojky. (Vlk, 2003)
Obr. 4 Schéma elektromagnetické spojky Ferlec (Vlk, 2003) 1 – elektromagnetická hlava; 2 – kotvový kotouč; 3 – přítlačný kotouč; 4 – pevný kotouč; 5 – setrvačník; 6 – třecí kotouč
14
Magnetická prášková spojka Skládá se ze sedmi částí: vnější kotouč, vnitřní kotouč s obvodovými pruţinami, mezera s ţeleznými pilinami, vinutí elektromagnetu, sběrací krouţek pro přívod proudu, setrvačník, spojkový hřídel. Princip činnosti Třecí plochy hnací a hnané části se nestýkají. Je mezi nimi malá mezera. V této mezeře je jemný ţelezný prášek, který mezi nimi vzbuzuje tření, jestliţe se prostřednictvím kartáčků a sběracích krouţků zavede elektrický proud do budící cívky uloţené v setrvačníku. Při sepnutí proudového okruhu vznikne magnetické pole, jemné piliny se navzájem spojí a přilnou i k třecím plochám, takţe setrvačník s třecím kotoučem se otáčí jako jeden celek. (Vlk, 2000)
Obr. 5 Prášková elektromagnetická spojka (Vlk, 2003) 1 – vnější kotouč; 2 – vnitřní kotouč s obvodovými pruţinami; 3 – mezera s obvodovými pruţinami; 4 – vinutí elektromagnetu; 5 – sběrací krouţek a kartáčky pro přívod proudu; 6 – setrvačník; 7 – spojkový hřídel
15
4
PŘEVODOVKY
4.1
Rozdělení převodovek
1) stupňové - se synchronizací, -dvouhřídelové, -tříhřídelové, 2) planetové , 3) automatické. 4.1.1 Stupňové převodovky se synchronizací U převodovek, které jsou ručně řazené, se prosadily převodovky s předlohovým hřídelem, které mohou být dvouhřídelové nebo tříhřídelové. Převodovku volíme v závislosti na umístění motoru. Dvouhřídelové se uţívají tehdy, je-li motor umístěn ve předu a pohání přední nápravu a nebo je-li umístěn v zadu a pohání zadní nápravu. Tříhřídelová se pouţívá v případě, ţe je poháněna zadní náprava a motor je umístěn vepředu. Dvouhřídelové převodovky U tohoto typu převodovky je točivý moment přenášen vţdy jen jedním párem ozubených kol, to platí pro všechny rychlostní stupně. Účinnost této převodovky je velmi dobrá, protoţe při všech stupních (s výjimkou zpětného převodu) je v záběru vţdy jen jeden pár ozubených kol.
16
Obr. 6 Dvouhřídelová čtyřstupňová převodovka (Jan a kol., 2000) Tříhřídelové převodovky U tohoto typu převodovky je osa vstupního a výstupního hřídele stejná. Přenos točivého momentu je realizován malým ozubeným kolem, které je umístěno na vstupním hřídeli a je v záběru s největším ozubeným kolem na předlohovém hřídeli. U tříhřídelové převodovky, s výjimkou přímého spojení, je přenos točivého momentu zajištěn kombinací dvou párů ozubených kol. Díky tomu má také tříhřídelová převodovka horší účinnost neţ dvouhřídelová u které je v záběru vţdy jen jeden pár ozubených kol. Přímé spojení je realizováno zubovou spojkou, která přímo spojí hřídel hnací a hnaný, a tak zajistí přenos točivého momentu, předlohový hřídel se v tomto případě také otáčí, ale nepřenáší ţádný točivý moment.
17
Obr. 7 Tříhřídelová pětistupňová převodovka (Jan a kol., 2000) Stupňové převodovky dále můţeme rozdělit na jednoskupinové a víceskupinové Jednoskupinové se vyuţívají zejména u osobních automobilů. Pro kaţdý rychlostní stupeň mají vlastní pár ozubených kol, výjimkou je pouze zpětný chod a přímý záběr, při změně rychlostních stupňů je uvolněna jedna synchronizační spojka a druhá je zapojena. Víceskupinové převodovky jsou sloţeny z několika jednoskupinových převodovek, jejich převody jsou různě navzájem kombinovány. Několik párů ozubených kol je přitom vyuţíváno ve více rychlostních stupních. Víceskupinové převodovky jsou vyuţívány zejména u nákladních automobilů, neboť je zde větší mnoţství rychlostních stupňů, aniţ by se musel zvětšovat počet řadicích prvků a počet párů ozubených kol. Synchronizace převodů Synchronizační zařízení nám vyrovnává rozdílné obvodové rychlosti dvou ozubených kol, kola hnacího a hnaného, před tím neţ se spojí. U dnešních moderních převodovek jsou synchronizovány všechny rychlostní stupně, s výjimkou zpětného chodu. To nám zajišťuje rychlé a bezhlučné řazení jednotlivých rychlostních stupňů.
18
Obr. 8 Synchronizační spojka Převodový poměr Mění velikost přenášeného točivého momentu mezi spalovacím motorem a hnacími koly vozidla. Převodový poměr definuje vztah mezi vstupními a výstupními otáčkami a je tedy určen poměrem vstupních otáček (n1) k výstupním otáčkám (n2). Dále je moţné převodový poměr určit pomocí počtu zubů na ozubených kolech u jednotlivých převodových stupňů, je to tedy poměr počtu zubů na kole hnaném (z2) ku počtu zubů na kole hnacím (z1). i = n1 / n2 ; i = z2 / z1 n1 – vstupní otáčky, n2 - výstupní otáčky, z1 – počet zubů hnacího kola, z2 – počet zubů hnaného kola Do výpočtu celkového převodového poměru musíme také zahrnout převod v diferenciálu a koncový převod. Celkový převodový poměr se pak vypočte ze vztahu: Ic = i1*… *in Pokud se vypočte převodový poměr: i > 1 … jedná se o převod do pomala i < 1 … jedná se o převod do rychla Převodový poměr má vliv na: dynamické vlastnosti vozidla, ekonomiku provozu vozidla a vyuţití výkonu motoru vozidla. 4.1.2 Planetové převodovky Planetové převodovky umoţňují řazení jednotlivých rychlostních stupňů pod zatíţením, tzn., ţe při řazení nedojde k přerušení momentového toku. 19
Proti předešlým stupňovým převodovkám má planetové soukolí mnoho výhod. Při řazení jednotlivých převodových stupňů není nutné přerušovat tok točivého momentu (je moţné řadit pod zatíţením), není třeba vyrovnávat obvodové rychlosti ozubených částí. U tohoto typu je menší zatíţení na boky zubů, a proto je moţné přenášet větší točivý moment, dále má tišší chod, neboť všechna ozubená kola jsou ve stálém záběru. A v neposlední řadě ve srovnání s ostatními mechanickými převodovkami má menší rozměry. Nevýhodou je pouze velká sloţitost převodovky a velký počet součástí při větším počtu převodových stupňů. Nejčastěji se uplatňují dvoustupňové a třístupňové planetové převodovky, které umoţňují zpětný chod a které se vyuţívají společně s hydrodynamickou spojkou, nebo s hydrodynamickým měničem. Planetové soukolí však také můţe být uplatněno jako redukce umístěná v kolech hnací nápravy a u přídavných převodovek, nebo jako soukolí diferenciálů v rozvodovkách. Planetové soukolí je sloţeno z korunového kola a unašeče, na kterém se mohou otáčet satelity a z centrálního kola.
Obr. 9 Schéma planetového soukolí (Vlk 2003) 4.1.3 Automatické převodovky Řazení převodových stupňů se děje automaticky, proto automatické převodovky zjednodušují obsluhu vozidla. Ovšem i při automatickém řazení musí mít obsluha vozidla vţdy moţnost náhle změnit převodový stupeň např. v případě náhlého stoupání či kle-
20
sání. Automatické převodovky dále musí splňovat mnoho poţadavků, mezi které např. patří: -při běhu motoru naprázdno nesmí docházet k samovolnému pohybu, -okamţik zařazení příslušného převodového stupně musí být závislý od zatíţení motoru a rychlosti vozidla, -při rychlém a úplném otevření škrtící klapky karburátoru musí být zařazen niţší převodový stupeň, který umoţní vyšší akceleraci, -nastartování motoru jen při neutrální nebo parkovací poloze řadící páky, -plynulý rozjezd vozidla, -plynulé řazení převodových stupňů bez citelného škubání vozidla, -uvolnění uváznutého vozidla střídavým řazením dopředného a zpětného převodového stupně, -blokování převodového ústrojí při parkování. Řazení probíhá u automatické převodovky automaticky na základě předvolby provozního reţimu. Do předvolby musí mít obsluha moţnost zasáhnout, děje se tak, ţe pouţije volící páku, kterou přesune do poţadovaného reţimu. Zpravidla polohy volící páky jsou: P – parkování; R – reverse; N – neutrál; D – drive (běţná jízda); L – low (jízda do kopce). Dále má obsluha vozidla moţnost zvolit jeden ze dvou řadících programů, buď ekonomický, nebo sportovní reţim. Od pouţitého reţimu se také odvíjí spotřeba paliva.
Obr. 10 Řez automatickou převodovkou klasické konstrukce (AutoEXPERT 1999,č. 1) 21
1 – turbinové kolo; 2 – čerpadlové kolo; 3 – hydrodynamický měnič momentu; 4 - reaktor; 5 – hydraulické nebo elektrické ovládání s lamelovými spojkami nebo brzdami; 6 – planetové převody; 7 – výstup; 8 – volnoběhy; 9 – volnoběţka; 10 – připojení náhonu; 11 – přemosťovací spojka Významnou vlastností samočinných hydromechanických převodovek je, ţe řadí pod zatíţením. Aby se docílilo důleţitých plavných vlastností řazení, je důleţité, aby se při řazení jednotlivé převodové stupně překrývaly. To znamená, ţe jeden řadící člen je ještě v činnosti a druhý uţ začíná řadit. Na plavný způsob řazení má významný vliv regulační systém převodovky, správná volba řadícího elementu, jeho dimenzování a provedení, dále pak druh pouţitého oleje ve spojení s příslušným druhem třecího materiálu. Dále musí řadící element splňovat další nároky jako je: dlouhá ţivotnost, nízké pasivní odpory v rozpojeném stavu a nízké výrobní náklady. Řadící elementy jsou brzdy, spojky a volnoběţky. Tyto elementy jsou nedílnou součástí kaţdé samočinné hydromechanické převodovky. Hlavní úkol brzdy je ten, ţe musí dokázat zastavit příslušný člen planetového soukolí, to znamená, ţe jej spojí se skříní převodovky. Existují 2 moţnosti, kdy je moţné zastavit člen planetového soukolí. Bud můţe dojít k zastavení za jeho rotace (např. při řazení za jízdy v před), nebo se člen, který je právě v klidu spojí s rámem (např. při řazení zpětného chodu). Brzdy mohou být lamelové nebo pásové. Nejčastěji se vyuţívají lamelové brzdy, které svou konstrukcí připomínají lamelové spojky. Lamelová brzda musí být správně nakonfigurovaná, aby byla schopna přenést poţadovaný moment. Výhodou lamelových brzd je, ţe nepřenášejí do ústrojí převodovky radiální síly, a proto nenamáhají její loţiska a hřídele. Z pohledu axiálních sil je brzda jako celek na venek vyrovnaná, protoţe síla, která působí na dno pracovního válce a reakce opěrného kotouče lamel jsou v rovnováze, protoţe působí na stejné těleso.
Obr. 11 Díly lamelové brzdy (Vlk, 2003) 22
1 – ocelový nosič; 2 – ocelové lamely s vnějšími dráţkami; 3 – lamely s obloţením a vnitřními dráţkami Spojka umoţňuje spojení dvou členů planetového soukolí, nebo můţe slouţit k blokování hydrodynamického měniče. Lamelová spojka se skládá z pracovního válce s pístem a vratnou pruţinou, z přítlačného kotouče, dále z lamel s vnitřním dráţkováním, posuvně uloţených na vnitřní hlavě spojky a z mezilamel s vnějším dráţkováním posuvně uloţených na vnějším tělesu spojky. (Vlk, 2003)
Obr. 12 Schéma dvojice lamelových spojek v planetové převodovce (Vlk, 2003) 1 – hnací hřídel; 2 – vnitřní těleso levé spojky 17; 3 – píst levé spojky s nákruţkem;4 – vnější těleso hlavní části spojky; 5 – lamely spojené s tělesem 4. mezilamely; 6 – talířová pruţina; 7 – vratná pruţina; 8 – lamely spojené s vnitřním tělesem 11; 9 – vnější těleso pravé spojky 13; 10 – píst pravé spojky; 11 – vnitřní těleso hlavní části spojky; 12 – výstupní hřídel; 13 – pravá spojka; 14 – centrální kolo; 15, 16 - přívody tlakového oleje Volnoběţky se uplatňují zejména jako nezbytný díl komplexního hydrodynamického měniče momentu, kde umoţňují zachycení reakčního momentu lopatkového kola převaděče na rám převodovky v reţimu násobení momentu měničem a samočinné uvolnění převaděče v případě, ţe měnič pracuje za spojkovým bodem a nedochází tudíţ k násobení momentu. V tomto reţimu umoţňuje volnoběţka převaděči jeho volné pro-
23
táčení v proudu pracovní kapaliny. Volnoběţka ovšem často bývá také řadícím elementem, umoţňujícím dosaţení plavného řazení rychlostních stupňů. (Vlk, 2003) Volnoběţky se staly velmi oblíbené, protoţe mají řadu výhod. Dobře snáší občasná přetíţení, v zatíţeném stavu nepřenáší do převodovky axiální sílu, jsou konstrukčně jednoduché, ve volnoběţném směru je jejich unášivý moment jen malým zlomkem jejich momentové kapacity, při malých rozměrech jsou schopny přenášet velký moment, nepotřebují ţádný externí ovládací prvek.
4.2
Zhodnocení převodovek
Převodovky jsou nezbytnou součástí vozidel. Ačkoliv trend, který pochází z USA nám vnucuje automatické převodovky, neboť jízda s nimi je bezpečnější a hlavně pohodlnější, tak nejvíce vyuţívané jsou stále manuální stupňové převodovky se synchronizací, protoţe jejich výroba je méně nákladná neţ výroba převodovek automatických, neboť mají méně součástí a jsou jednodušší.
5
ROZVODOVKY
5.1
Uloţení rozvodovky ve vozidle
Uloţení rozvodovky ve vozidle a její konstrukční řešení pak odpovídá koncepci celého vozidla. U soudobých vozidel se vyskytují tři základní varianty: -pohon předních kol – motor, převodovka a rozvodovka jsou umístěny vpředu, -pohon zadních kol – motor a převodovka jsou umístěny vpředu a rozvodovka je součástí zadní nápravy, -pohon zadních kol – motor, převodovka a rozvodovka jsou umístěny vzadu.
5.2
Jednostupňové rozvodovky
Jednostupňová převodovka je vlastně jednoduchý stálý převod, jehoţ převodný poměr u osobních automobilů je: ir= 3,5 – 4 a u nákladních je ir>6. Účelem stálého převodu umístěného v hnacím ústrojí je trvale zvětšovat točivý moment, redukovat otáčky v po-
24
měru stálého převodu a přivádět točivý moment na hnací kola. Pro stálý převod se nejčastěji vyuţívá kuţelového soukolí, jehoţ ozubení můţe být různě provedeno. 5.2.1 Přímé zuby Přímé zuby jsou citlivé na výrobní a montáţní nepřesnosti a deformace při zatíţení. Jejich výroba je levná a jednoduchá, ale mají malou únosnost a jsou hodně hlučné. Ozubená kola s přímými zuby slouţí k pouţití při obvodové rychlosti do 5 m.s-1 . Je moţné zlepšit vlastnosti kuţelového soukolí pouţitím šikmých zubů. Šikmé zuby mají větší únosnost, tišší chod a poskytují plynulý záběr. 5.2.2 Zakřivené zuby Ozubená soukolí se zakřivenými zuby mají tišší chod neţ soukolí se zuby přímými, dále jsou méně citlivé na přesnost výroby, montáţe a deformaci vlivem zatíţení. Mají vyšší únosnost a je tedy moţné u nich dosáhnout většího převodového poměru. Nevýhodou soukolí se zakřivenými zuby je, ţe na ně působí větší axiální síly, neţ tomu bylo u soukolí s přímými zuby. Proto jejich loţiska musí být správně dimenzována. Nejvýhodnější je pouţití kuţelíkových loţisek s kosoúhlým stykem. Příkladem ozubeného soukolí se zakřivenými zuby můţe být např. hypoidní kuţelové soukolí.
Obr. 13 Ozubené soukolí se zakřivenými zuby (Ţdánský a kol, 2006)
25
5.2.3 Hypoidní kuţelové soukolí U osobních automobilů se hypoidní soukolí pro své výhody vyuţívá běţně. U nákladních se vyuţívá jak hypoidní, tak jen zakřivené ozubení. Ozubená kola rozvodovky jsou stále v provozu, a teda přenáší vysoké otáčky při malých převodech a také přenáší vysoké točivé momenty při velkých převodech, přičemţ musí být dodrţena určitá ţivotnost. Podmínka pro přesný záběr zubů, který je důleţitý pro tichý chod a co nejmenší opotřebení ozubení, je správná poloha pastorku a talířového kola. Hypoidní kuţelové soukolí se od ostatních kuţelových soukolí odlišuje tím, ţe osa pastorku je uloţena pod osou otáčení talířového kola.
Obr. 14 Hypoidní soukolí (Jan a kol., 2000)
Obr. 15 Hypoidní soukolí (Vlk, 2003)
Toto soukolí je vhodné pro větší zatíţení a není tak citlivé na seřízení záběru obou kol. hypoidní soukolí se ve srovnání s jinými druhy odlišuje vetší tichostí, únosností i ţivotností a menším chvěním. Vyosením osy pastorku od osy otáčení talířového kola je ten, ţe zakřivené zuby klouţou ve směru osy pastorku. V důsledku bodového dotyku boků zubů, velkého mezizubního tlaku a vysoké třecí rychlosti, musí být toto soukolí správně mazáno speciálním převodovým oleje s označením H – hypoidní, který je odolný na stlačení. Mazání je rozstřikovací, tzn., ţe talířové kolo se brodí v oleji a rozstřikuje olej na ostatní části soukolí.
26
5.3
Dvoustupňové rozvodovky
Nákladní automobily potřebují velmi velký převod hnací nápravy a na to samotná rozvodovka s jedním kuţelovým soukolím nestačí. Proto se k tomuto kuţelovému převodu přidává ještě další převod. Celkový převod hnací nápravy je pak rozdělen do dvou stupňů. V praxi se pouţívají čtyři základní principy dvoustupňových rozvodovek. Dvojnásobný sloučený převod neboli dvojstupňová rozvodovka. Skládá se z jednoho převodu provedeného kuţelovými ozubenými koly a z jednoho převodu provedeného čelními ozubenými koly. Celkový převodový poměr této převodovky je dán součinem obou převodů. Touto konstrukcí se docílí buď velký převodový poměr, nebo při větších velikostech stálého převodu, ale při velkých hodnotách přenášeného hnacího momentu niţší rozvodovky, tj. větší světlé výšky. Talířové kolo můţe mít menší počet zubů a má pak i při velkém modulů zubů menší průměr. (Vlk, 2003)
Obr. 16 Dvojnásobný sloučený převod hnacích náprav (Vlk, 2003) Dvojnásobný vnější převod pastorkový má v náboji kola předlohové čelní soukolí. Výstupní hřídel rozvodovky pohání pastorek, který zabírá do ozubeného kola nasazeného na dráţkách náboje hnacího kola. Toto provedení je vhodné pro terénní automobily, které musí mít pro snadné překonávání terénu velkou světlou výšku. Toto uspořádání se také pouţívá pro nízkopodlaţní autobusy. (Vlk, 2003)
27
Obr. 17 Dvojnásobný vnější pastorkový převod hnacích náprav (Vlk, 2003) Dvojnásobný vnější planetový převod – pastorek pohání talířové kolo a přes diferenciál hnací hřídel. Na vnějších stranách nápravy je centrální kolo a satelity. Satelity se odvalují po vnitřním ozubení neotáčejícího se korunového kola. Unášeč satelitů se tím otáčí, a protoţe je pevně spojen s nábojem, je kolo vozidla poháněno.
Obr. 18 Dvojnásobný vnější převod planetový hnacích náprav (Vlk, 2003) Dvojnásobný vnější převod hnací nápravy s kuţelovými diferenciály, který je pouţit u nákladních automobilů Volvo. Z pastorku, který má obkročmé uloţení je točivý moment přenášen talířovým kolem na skříň diferenciálu a hnací hřídele. (Vlk, 2003)
Obr. 19 Dvojnásobný vnější převod s kuželovými diferenciály (Vlk, 2003) 28
6
DIFERENCIÁLY
6.1
Princip
Diferenciál je převodné ústrojí, které samočinně umoţňuje vyrovnávat otáčky levého a pravého hnacího kola při jízdě v zatáčce a zároveň rozděluje točivý moment na obě kola. Pokud jsou poháněny obě nápravy vozidla, pak je točivý moment rozdělován rovnoměrně mezi obě nápravy. Aby mohla kola projíţdět zatáčkou bez skluzu a smyku, a současně nebylo vozidlo natáčeno ze zatáčky ven, nesmí vznikat ţádné přídavné reakce vozovky. Kolo, které jede po vnější dráze, má delší dráhu a větší obvodovou rychlost neţ kolo, které jede po vnitřní dráze. Diferenciál sníţí otáčky hnacího kola na vnitřní dráze, a právě tyto sníţené otáčky přidá kolu na vnější dráze. Pokud by na hnací nápravě nebyl umístěn diferenciál, tak by se nadměrně opotřebovávaly pneumatiky, část výkonu by byla ztracena při prokluzu pneumatiky a vozidlo by bylo hůře ovladatelné. Na vozidle můţe být diferenciál umístěn mezi koly, nebo mezi nápravami. Kaţdý diferenciál u terénních vozidel by měl mít závěr diferenciálu, který umoţní zrušení funkce diferenciálu.
6.2
Kuţelový diferenciál
6.2.1 Princip činnosti Při přímé jízdě bez předbíhání, nebo zpoţďování některého kola, jsou otáčky obou hnacích hřídelů stejné. Otáčky i hnací moment se přenášejí z pastorku na hnané kolo stálého převodu, pevně spojené s klecí diferenciálu, s níţ se společně otáčí. Otáčky se přenášejí přes satelity, na obě planetová kola. Satelity působí jako zubová spojka, točí se společně s klecí diferenciálu, ale neotáčejí se na svých čepech. Planetová kola mají stejné otáčky jako klec diferenciálu a točivý moment se rozděluje rovnoměrně na obě planetová kola přes hnací hřídele na obě kola vozidla. (Jan a kol., 2000)
29
Obr. 20 Kuželový diferenciál 1 - talířové kolo; 2 – klec diferenciálu; 3 – pastorek, 4 – planetové kolo; 5 – satelit Při jízdě v zatáčce se vnitřní kolo odvaluje po kratší dráze neţ kolo vnější. Hřídel kaţdého kola je poháněn přes diferenciál a otáčky vnějšího a vnitřního kola se mohou měnit v závislosti na délce dráhy. Lze dokázat, ţe o kolik se zpomalí vnitřní kolo, o tolik se vnější kolo urychlí. Satelity obíhají, točí se s klecí diferenciálu, ale současně se točí i na čepech satelitů a tím vyrovnávají různé otáčky planetových kol levého a pravého hnacího kola. Kdyţ vozidlo projede zatáčkou, činnost diferenciálu skončí, satelity se na čepech přestanou otáčet a opět tvoří jen zubovou spojku mezi planetovými koly. (Jan a kol., 2000)
6.3
Čelní diferenciál
6.3.1 Princip činnosti Čelní diferenciál se skládá z čelních ozubených kol. Podobně jako diferenciál kuţelový je tvořen pastorkem a klecí diferenciálu, která je připevněna na talířové kolo. Satelity a centrální kola mají čelní ozubení. Uspořádání kol je však rozdílné. Satelit není v záběru s oběma centrálními koly, ale polovina satelitu zabírá s jedním centrálním kolem a druhá polovina zabírá s druhým satelitem, který je v záběru s druhým centrálním kolem. Vzhledem k vyváţenosti má 30
diferenciál dva páry satelitů, které jsou vzájemně pootočeny o 180 stupňů. Princip činnosti čelního diferenciálu je stejný jako u diferenciálu kuţelového.
Obr. 21 Čelní diferenciál (Jan a kol., 2000) Výhodou oproti kuţelovému je menší průměr klece, tišší chod, snadná montáţ a levné díly. Nevýhodou je delší konstrukce a neschopnost sama sebe vyproštění, při zapadnutí jedním hnacím kolem v měkkém materiálu.
6.4
Závěr diferenciálu
Účelem závěru diferenciálu je vyřadit z činnosti diferenciál, zejména při rozjezdu vozidla na kluzké vozovce. Diferenciál umoţňuje vyšší otáčky jednoho kola neţ druhého, případně aţ do úplného zastavení jednoho z nich. V tomto případě se prokluzující kolo otáčí dvojnásobnými otáčkami klece diferenciálu, ale není schopno přenášet na vozovku dostatečnou sílu. Vzhledem k tomu, ţe se druhé kolo neotáčí, nelze výkon motoru vyuţít pro vyproštění vozidla. Nastane-li takový stav, je nutno vyřadit z činnosti diferenciál. Závěr diferenciálu znehybňuje centrální kolo vůči diferenciálu a je ovládán z místa řidiče mechanicky, nebo elektropneumaticky. Diferenciál můţe být vyřazen z činnosti například zubovou spojkou. Při zapojení závěru má diferenciál 100 % svornost. ( Ţdánský a kol., 2006) 31
Obr. 22 Závěr diferenciálu se zubovou spojkou (Ţdánský a kol., 2006) Po překonání překáţky je nutno závěr diferenciálu okamţitě vyřadit, protoţe při normální jízdě se zablokovaným diferenciálem dochází ke značnému namáhání převodného ústrojí a v důsledku skluzu pneumatik k jejich nadměrnému opotřebení.
6.5
Samosvorný diferenciál
U některých automobilů se vyuţívají samosvorné diferenciály, které plní svou základní funkci stejně dobře jako diferenciál čelní nebo kuţelový. Ve vozidlech se uţívají proto, protoţe jejich činnost nijak nezaměstnává obsluhu vozidla, a tak zlehčuje samotné řízení vozidla. Pokud začne jedno hnací kolo prokluzovat, nebo se otáčet podstatně rychleji neţ druhé, tak vznikne u samosvorného diferenciálu zvýšené tření, které dovolí jen určitý rozdíl otáček levého a pravého hnacího kola a zabraňuje volnému prokluzování kol vůči sobě. V takovémto případě uţ točivý moment není rozdělován na obě hnací kola rovnoměrně, ale větší část točivého momentu je přiváděna na neprotáčející se kolo. Nejčastěji se vyuţívají samosvorné diferenciály s třecí lamelovou spojkou a šnekové diferenciály.
32
Obr. 23 Šnekový samosvorný diferenciál Torsen
Obr. 24 Samosvorný diferenciál s lamelovými spojkami
33
7
ZHODNOCENÍ DVOU TYPŮ VYBRANÝCH PŘEVODOVEK
K tomuto zhodnocení jsem si vybral mechanickou pětistupňovou převodovku ručně řazenou MQ200-02T a automatickou převodovku 001, která je čtyřstupňová s hydrodynamickým měničem. Obě převodovky se montují do koncernových vozů Škoda a Volkswagen. Tyto dva typy převodovek jsou určeny mimo jiné také k motoru 1,4 / 55kW.
7.1
Převodovka MQ200-02T
Tato převodovka MQ200-02T byla poprvé pouţita ve voze Škoda Fabia a pouţívá se v celém koncernu ve spojení s motory záţehovými i vznětovými přiměřeného výkonu. Při jejím vývoji bylo přihlíţeno zejména k dosaţení optimální účinnosti, snadného a přesného řazení, co nejmenší hmotnosti, moţnosti pouţití jednotného lankového řazení a přenosu točivého momentu do 200 Nm. Konstrukční řešení převodovky umoţňuje poměrně velké mnoţství variant převodů, a to jak u kol rychlostních stupňů, tak i převodu rozvodovky. (Schwarz a Cedrych, 2006) Převodovka je kompaktním celkem. Je dvou hřídelová, pětistupňová. Ozubená kola se šikmým ozubením jsou ve stálém záběru. Kola jsou uloţena na jehlových loţiskách, coţ zajišťuje tišší chod. Řazená kola 1. a 2. rychlostního stupně jsou na hnaném hřídeli, řazená kola 3., 4. a 5. rychlostního stupně jsou na hřídeli hnacím. Kola zpětného chodu mají ozubení s přímými zuby. Při zařazení zpětného chodu se řadí kolo zpětného chodu, které je na samostatném hřídeli, mezi hnací a hnaný hřídel, čímţ se mění směr otáčení. Točivý moment se přenáší přes ozubení hnaného hřídele na ozubené kolo rozvodovky, tedy na diferenciál. Hnací i hnaný hřídel jsou odlehčené vnitřními dutinami. (Schwarz a Cedrych, 2006) Převodovka má dvojnásobnou synchronizaci 1. a 2. rychlostního stupně spočívající ve zdvojnásobení třecích kuţelových ploch synchronizačního ústrojí. Tím se sníţí síla potřebná k řazení asi na polovinu a zvýší se, rovněţ o polovinu, činnost synchronizace. Synchronizace dalších rychlostních stupňů je obvyklého provedení. Dále má tato převodovka společný drţák kuličkových loţisek hnacího a hnaného hřídele, který usnadňuje montáţ převodovky. (Schwarz a Cedrych, 2006) 34
Diferenciál, který je součástí převodovky, je spojen s hnaným kolem stálé redukce a jeho přírubové hřídele jsou uloţeny v kuţelíkových loţiskách. Skříň je vyrobená z hořčíkové slitiny a oproti provedení z hliníku je lehčí o 2,5 kg. (Schwarz a Cedrych, 2006)
Obr. 25 Řez převodovkou MQ200-02T (Schwarz a Cedrych, 2006) 1 – skříň spojky; 2 – víko převodovky; 3 – vypínací páka spojky; 4 – hnací hřídel; 5 – hnaný hřídel; 6 – ozubení hnaného hřídele (kolo rozvodovky); 7 – diferenciál; 8 – ozubené kolo rozvodovky; 9 – skříň převodovky; 10 – kolo prvního rychlostního stupně Tab. 1. Přehled převodových poměrů jednotlivých rychlostních stupňů (Schwarz a Cedrych, 2006) Převodovka MQ200-02T - 1,4 / 55 kW Z2 Z1 i Rozvodovka 66 17 3,882 1. rychlostní stupeň 38 11 3,455 2. rychlostní stupeň 44 21 2,095 3. rychlostní stupeň 43 31 1,387 4. rychlostní stupeň 40 39 1,026 5. rychlostní stupeň 39 48 0,813 Z2 – zuby hnaného kola; Z1 – zuby hnacího kola; i – převodový poměr 35
Výpočet rychlostí na jednotlivé rychlostní stupně 1. Rychlostní stupeň n = 5000 min-1, z1 = 11, z2 = 38, z3 = 17, z4 = 66, rd = 0,285 m
i1 =
=
= 3,455
i2 =
=
= 3,882
ic1 = i1 . i2 = ic1 = 3,455 . 3,882 = 13,412
nk1 =
=
v1 =
= 372,8 min-1 . 3,6 = 40,1 km . h-1
. 3,6 =
n – otáčky motoru; nk – otáčky kola; rd – poloměr kola; z1 – počet zubů hnacího kola 1. rychlostního stupně; z2 – počet zubů hnaného kola 1. rychlostního stupně; z3 – počet zubů hnacího kola rozvodovky; z4 – počet zubů hnaného kola rozvodovky; i1 - převodový poměr 1. stupně; i2 – převodový poměr rozvodovky; ic1 – celkový převodový poměr na 1. rychlostní stupeň; v1 – rychlost vozidla na 1. rychlostní stupeň 2. Rychlostní stupeň n = 5000 min-1, z1 = 21, z2 = 44, z3 = 17, z4 = 66, rd = 0,285 m
i1 =
=
= 2,095
i2 =
=
= 3,882
ic2 = i1 . i2 = ic2 = 2,095 . 3,882 = 8,133
nk2 = v2 =
=
= 614,799 min-1 . 3,6 = 66,1 km . h-1
. 3,6 =
n – otáčky motoru; nk – otáčky kola; rd – poloměr kola; z1 – počet zubů hnacího kola 2. rychlostního stupně; z2 – počet zubů hnaného kola 2. rychlostního stupně; z3 – počet zubů hnacího kola rozvodovky; z4 – počet zubů hnaného kola rozvodovky; i1 - převodový poměr 2. stupně; i2 – převodový poměr rozvodovky; ic2 – celkový převodový poměr na 2. rychlostní stupeň; v2 – rychlost vozidla na 2. rychlostní stupeň 36
3. Rychlostní stupeň n = 5000 min-1, z1 = 31, z2 = 43, z3 = 17,z4 = 66, rd = 0,285 m
i1 =
=
= 1,387
i2 =
=
= 3,882
ic3 = i1 . i2 = ic3 = 1,387 . 3,882 = 5,384
nk3 =
=
v3 =
= 928,678 min-1 . 3,6 = 99,8 km . h-1
. 3,6 =
n – otáčky motoru; nk – otáčky kola; rd – poloměr kola; z1 – počet zubů hnacího kola 3. rychlostního stupně; z2 – počet zubů hnaného kola 3. rychlostního stupně; z3 – počet zubů hnacího kola rozvodovky; z4 – počet zubů hnaného kola rozvodovky; i1 - převodový poměr 3. stupně; i2 – převodový poměr rozvodovky; ic3 – celkový převodový poměr na 3. rychlostní stupeň; v3 – rychlost vozidla na 3. rychlostní stupeň 4. Rychlostní stupeň n = 5000 min-1, z1 = 39, z2 = 40, z3 = 17, z4 = 66, rd = 0,285 m i1 =
=
= 1,026
i2 =
=
= 3,882
ic4 = i1 . i2 = ic4 = 1,026 . 3,882 = 3,983
nk4 = v4 =
=
= 1255,335 min-1 . 3,6 = 134,9 km . h-1
. 3,6 =
n – otáčky motoru; nk – otáčky kola; rd – poloměr kola; z1 – počet zubů hnacího kola 4. rychlostního stupně; z2 – počet zubů hnaného kola 4. rychlostního stupně; z3 – počet zubů hnacího kola rozvodovky; z4 – počet zubů hnaného kola rozvodovky; i1 - převodový poměr 4. stupně; i2 – převodový poměr rozvodovky; ic4 – celkový převodový poměr na 4. rychlostní stupeň; v4 – rychlost vozidla na 4. rychlostní stupeň
37
5. Rychlostní stupeň n = 5000 min-1, z1 = 48, z2 = 39, z3 = 17, z4 = 66, rd = 0,285 m i1 =
=
= 0,813
i2 =
=
= 3,882
ic5 = i1 . i2 = ic5 = 0,813 . 3,882 = 3,156
nk5 = v5 =
=
= 1584,284 min-1 . 3,6 = 170,2 km . h-1
. 3,6 =
n – otáčky motoru; nk – otáčky kola; rd – poloměr kola; z1 – počet zubů hnacího kola 5. rychlostního stupně; z2 – počet zubů hnaného kola 5. rychlostního stupně; z3 – počet zubů hnacího kola rozvodovky; z4 – počet zubů hnaného kola rozvodovky; i1 - převodový poměr 5. stupně; i2 – převodový poměr rozvodovky; ic5 – celkový převodový poměr na 5. rychlostní stupeň; v5 – rychlost vozidla na 5. rychlostní stupeň
Obr. 26 Pilový diagram jednotlivých rychlostních stupňů v mechanické ručně řazené převodovce MQ200-02T
7.2
Automatická převodovka 001
U automobilů Škoda Fabia je pouţita automatická převodovka, jako alternace převodovky pětistupňové ručně řazené, pouze v přiřazení k motoru 1,4 / 55 kW. Automatická převodovka je čtyřstupňová s moţností přemostění měniče momentu. Elektrické ovládání sestavuje řídící jednotka na základě průběţně zaznamenaných a vyhodnocovaných 38
pohybů pedálu akcelerace tzv. systém Fuzzy Logic. To je individuální inteligentní program, který dokáţe rozlišit jízdní reţimy odpovídající stylu jízdy řidiče a podle ovládání akceleračního pedálu také momentální temperament způsobu jízdy. Na základě toho zajistí optimální řazení rychlostních stupňů. Zmíněný program velmi výrazně zvyšuje komfort jízdy. Převodovka tedy nemá obvyklé jednoduché přepínání dvou programů ( sportovní – ekonomický). (Schwarz a Cedrych, 2006) Stanovení okamţiku řazení se děje automaticky v závislosti na jízdní situaci a jízdních odporech. Změny okamţiků řazení při jízdě do kopce nebo z kopce jsou voleny podle polohy pedálu akcelerace a rychlosti jízdy. Převodovka automaticky zajišťuje rozjezd, výběr rychlostního stupně a jeho zařazení. Jako rozjezdová součást slouţí hydrodynamický měnič momentu. (Schwarz a Cedrych, 2006) Automatická převodovka je řízena elektrohydraulickým systémem. Řídící jednotka automatické převodovky dostává vstupní informace od prvků ovládajících řazení a současně spolupracuje i s řídící jednotkou motoru. Ta koordinuje pracovní reţim motoru v závislosti na činnosti převodovky. Na základě zmíněných informací dává řídící jednotka převodovky impulzy jednotlivým elektromagnetickým ventilům v šoupátkové skříni. Elektromagnetické ventily přivádějí tlakový olej od čerpadla oleje k příslušným spojkám, či brzdám, čímţ jsou voleny jednotlivé převody. (Schwarz a Cedrych, 2006) Automatická převodovka má tyto hlavní části: měnič momentu s přemosťovací vazbou, čerpadlo oleje, chladič kapaliny, planetovou převodovku s řadící spojkou a brzdou, lamelové spojky a lamelové brzdy ovládané tlakem oleje pásových brzd přiřazených k jednotlivým prvkům planetových převodů volnoběţek k optimalizování připojovací zátěţe, vloţené ozubené převodové kolo, na kterém je také parkovací zaráţka, diferenciál a elektrohydraulické ovládání samostatným olejovým systémem. (Schwarz a Cedrych, 2006) Hydrodynamický měnič přenáší točivý moment od motoru na hnací hřídel převodovky. Je naplněn pracovní kapalinou. Měnič je sloţen z čerpacího kola spojeného s hřídelem motoru, z reakčního členu, který usměrňuje tok kapaliny, a turbíny. Turbína přejímá prostřednictvím kapaliny točivý moment a přenáší jej do hnací hřídele převodovky. Při zvyšování otáček motoru se plynule otáčí i kolo turbínové, unášené kapalinou, aţ dosáhne otáček přibliţně stejných jako kolo čerpací. (Schwarz a Cedrych, 2006)
39
Přemisťovací vazbou se vyvodí přes obloţení spojky mechanické spojení mezi motorem a převodovkou. Tím dojde k vypnutí skluzu měniče a výkon motoru se předává s téměř stoprocentní účinností. (Schwarz a Cedrych, 2006) Tato automatická převodovka má i vlastní diagnostiku řídící jednotky. Pojem vlastní diagnostika se vztahuje na elektrické a elektronické řízení. Řídící jednotka je vybavena tzv. chybovou pamětí, do které se případná závada ukládá. Tu lze určit pomocí diagnostického přístroje. (Schwarz a Cedrych, 2006)
Obr. 27 Schéma konstrukčního uspořádání automatické převodovky 001 (Schwarz a Cedrych, 2006) 1 – měnič momentu s přemosťovací spojkou; 2 – čerpadlo oleje; 3 – planetové převody; 4 – volnoběţka; 5 – brzda; 6 – spojka; 7 – hnací kolo; 8 – hnané kolo; 9 – hřídel vloţeného převodu; 10 – kolo parkovací západky; 11 – rozvodovka
40
Tab. 2. Přehled převodových poměrů jednotlivých rychlostních stupňů Převodovka 001 GJD – 1,4 / 55 kw i 1. rychlostní stupeň 2,875 2. rychlostní stupeň 1,513 3. rychlostní stupeň 1,000 4. rychlostní stupeň 0,726 Spojovací převod 1,077 Rozvodovka 4,05 i - převodový poměr Výpočet rychlostí na jednotlivé rychlostní stupně 1. Rychlostní stupeň n = 5000 min-1, i1 = 2,875, i2 = 1,077, i3 = 4,05, rd – 0,285 m ic1 = i1 . i2 . i3 = 2,875 . 1,077 . 4,05 = 12,541 nk1 =
=
= 398,692 min-1 . 3,6 = 42,8 km . h-1
. 3,6 =
v1 =
n – otáčky motoru; rd – poloměr kola; i1 – převodový poměr 1. rychlostního stupně; i2 – převodový poměr spojovacího převodu; i3 – převodový poměr rozvodovky; ic1 - celkový převodový poměr na 1. rychlostní stupeň; nk1 – otáčky kola; v1 – rychlost vozidla na 1. rychlostní stupeň 2. Rychlostní stupeň n = 5000 min-1, i1 = 1,513, i2 = 1,077, i3 = 4,05, rd – 0,285 m ic2 = i1 . i2 . i3 = 1,513 . 1,077 . 4,05 = 6,599 nk2 = v2 =
=
= 757,691 min-1 . 3,6 = 81,4 km . h-1
. 3,6 =
41
n – otáčky motoru; rd – poloměr kola; i1 – převodový poměr 2. rychlostního stupně; i2 – převodový poměr spojovacího převodu; i3 – převodový poměr rozvodovky; ic2 - celkový převodový poměr na 2. rychlostní stupeň; nk2 – otáčky kola; v2 – rychlost vozidla na 2. rychlostní stupeň 3. Rychlostní stupeň n = 5000 min-1, i1 = 1,000, i2 = 1,077, i3 = 4,05, rd – 0,285 m ic3 = i1 . i2 . i3 = 1,000 . 1,077 . 4,05 = 4,362 nk3 =
=
= 1146,263 min-1 . 3,6 = 123,2 km . h-1
. 3,6 =
v3 =
n – otáčky motoru; rd – poloměr kola; i1 – převodový poměr 3. rychlostního stupně; i2 – převodový poměr spojovacího převodu; i3 – převodový poměr rozvodovky; ic3 - celkový převodový poměr na 3. rychlostní stupeň; nk3 – otáčky kola; v3 – rychlost vozidla na 3. rychlostní stupeň 4. Rychlostní stupeň n = 5000 min-1, i1 = 0,726, i2 = 1,077, i3 = 4,05, rd – 0,285 m ic4 = i1 . i2 . i3 = 0,726 . 1,077 . 4,05 = 3,167 nk4 =
=
v4 =
= 1578,781 min-1 . 3,6 = 169,6 km . h-1
. 3,6 =
n – otáčky motoru; rd – poloměr kola; i1 – převodový poměr 4. rychlostního stupně; i2 – převodový poměr spojovacího převodu; i3 – převodový poměr rozvodovky; ic4 - celkový převodový poměr na 4. rychlostní stupeň; nk4 – otáčky kola; v4 – rychlost vozidla na 4. rychlostní stupeň
42
Obr. 28 Pilový diagram jednotlivých rychlostních stupňů v převodovce 001
7.3
Zhodnocení technického stavu
Pěti stupňovou mechanicky řazenou převodovku charakterizuje obrázek číslo 25, a také byl sestrojen pilový diagram. Automatickou převodovku charakterizuje obrázek číslo 27., a také zde byl vytvořen pilový diagram. Porovnáme-li pilové diagramy, tak zjistíme, ţe čtyřstupňová automatická převodovka s hydrodynamickým měničem naprosto pokryje všechny poţadavky, které klademe také na pětistupňovou mechanicky řazenou převodovku. Převodovka s hydrodynamickým měničem vykazuje vyšší měkkost, rychlejší a přesnější řazení a vyšší komfort.
43
8
ZÁVĚR
Nejpouţívanějším typem spojky je stále třecí lamelová spojka, neboť její konstrukční řešení je nejjednodušší a také její cena je nízká. Například při provozování hydrodynamické spojky je větší skluz neţ u třecí lamelové, a právě skluz zvyšuje náklady na provoz vozidla, tedy zvyšuje potřebu paliva pro provoz. Převodovka je jednou z nejdůleţitějších částí převodového ústrojí. Snahou kaţdého konstruktéra je zvolit takové řešení, které je pro daný účel nejvýhodnější a nejekonomičtější. Podle mého názoru budou ve stavbě osobních a nákladních vozidel ještě hodně dlouho přetrvávat konstrukce mechanicky řazených převodovek, protoţe technologie jejich výroby je dostatečně propracovaná a jejich cena je ze všech typů převodovek nejniţší. V poslední době se začaly prosazovat automatické převodovky v kombinaci s hydrodynamickým měničem, které jednoznačně zlepšují komfort jízdy. U terénních vozidel se jedná o převodovky s hydrodynamickým měničem, které umoţňují plynulou změnu rychlosti, a dokáţou motor udrţet v ekonomickém reţimu práce, i kdyţ se často mění zatíţení vozidla.
44
9
POUŢITÁ LITERATURA
ANONYM, 2010: Dvě verze čtyřkolky., Časopis Svět motorů-speciál, podzim 2010, 30 s. ANONYM, 2011: Pět je víc než sedm., Časopis Svět motorů, 18/2010, 13 s. ANONYM 2010: Trocha teorie neuškodí., Časopis Svět motorů, 4/2010, 10-11 s. ANONYM, 2011: Automatické převodovky. Časopis AutoTip 1/2011, 32-33 s. BAUER F., a kol., 2006: Traktory. 1. vyd., Profi Press s.r.o., Praha, 192 s., ISBN 8086726-15-0. CEDRYCH M.R., SCHWARZ J., 2006: Automobily Škoda Fabia. 4. vyd., Grada Publishing, Praha, 353 s., ISBN 80-247-2664-X ČECH J., 2004: Převodná ústrojí I., databáze online [cit. 2010- 07-30]. Dostupné na: http://skoda.panda.cz/clanek.php3?id=435 ČECH J., 2004: Převodná ústrojí III., databáze online [cit. 2010- 07-20]. Dostupné na: http://skoda.panda.cz/clanek.php3?id=437 JAN Z. a kol, 2000: Automobily II, Technické překladatelství a vydavatelství, Brno, 97 s. JANDA P. a kol., 2007: Převodná a převodová ústrojí., databáze online [cit. 2011- 0120]. Dostupné na: http://www.sosi.cz/texty/1d-prevodna-a-prevodova-ustroji.pdf KUBÁLE J. a kol., 1977: Řízení motorových vozidel / traktory. SZN, Praha, 304 s. VLK F., 2000: Převodová ústrojí motorových vozidel: spojky, převodovky, rozvodovky, diferenciály, hnací hřídele, klouby. 1. vyd., Prof. Ing. František Vlk, DrSc., Brno, 312 s., ISBN 80-239-0025-0
45
VLK, F., 2003: Převodová ústrojí motorových vozidel. 2. vyd., Prof. Ing. František Vlk, DrSc., Brno, 312 s., ISBN 80-239-0025-0 ŢDÁNSKÝ B. a kol, 2006: Výkladový automobilový slovník, Computer Press, Brno, 244 s., ISBN 80-251-1147-4
46
10
SEZNAM OBRÁZKŮ
Obr. 1 Klasické provedení jednokotoučové suché spojky Obr. 2 Odstředivá spojka Fichtel + Sachs
………………………………………..11
Obr. 3 Schéma hydrodynamické spojky s motorem Obr. 4 Schéma elektromagnetické spojky Ferlec Obr. 5 Prášková elektromagnetická spojka
………………………………12 …………………………………14
………………………………………15
Obr. 6 Dvouhřídelová čtyřstupňová převodovka Obr. 7 Tříhřídelová pětistupňová převodovka Obr. 8 Synchronizační spojka
.……………………. 10
…………………………………17 ……………………………………18
……………………………………………………19
Obr. 9 Schéma planetového soukolí
………………………………………………20
Obr. 10 Řez automatickou převodovkou klasické konstrukce ……………………. 21 Obr. 11 Díly lamelové brzdy ………………………………………………………22 Obr. 12 Schéma dvojice lamelových spojek v planetové převodovce Obr. 13 Ozubené soukolí se zakřivenými zuby
……………23
……………………………………25
Obr. 14 Hypoidní soukolí
………………………………………………………26
Obr. 15 Hypoidní soukolí
…………………………………………………………26
Obr. 16 Dvojnásobný sloučený převod hnacích náprav
…………………………27
Obr. 17 Dvojnásobný vnější pastorkový převod hnacích náprav ………………….28 Obr. 18 Dvojnásobný vnější převod planetových hnacích kol
……………………28
Obr. 19 Dvojnásobný vnější převod s kuželovými diferenciály ……………………28 Obr. 20 Kuželový diferenciál ………………………………………………………30 Obr. 21 Čelní diferenciál
…………………………………………………………31
Obr. 22 Závěr diferenciálu se zubovou spojkou
…………………………………32
Obr. 23 Šnekový samosvorný diferenciál Torsen
…………………………………33
Obr. 24 Samosvorný diferenciál s lamelovými spojkami Obr. 25 Řez převodovkou MQ 200-02 T
…………………………33
…………………………………………35
Obr. 26 Pilový diagram jednotlivých rychlostních stupňů v mechanické ručně řazené převodovce MQ 200-02 T …………………………………………………38 Obr. 27 Schéma konstrukčního uspořádání automatické převodovky 001 Obr. 28 pilový diagram jednotlivých rychlostních stupňů v převodovce 001
47
………40 …….43
