Rozvodovky + Diferenciály

Rozvodovky + Diferenciály Téma 8

KVM

Teorie vozidel

1

Rozvodovka • Konstrukčně nenahraditelná, propojuje převodovku a diferenciál • Je konstantním činitelem v celkovém převodovém poměru HÚ • Složení : – skříň rozvodovky – stálý převod – diferenciál

• Skříň rozvodovky : – u tuhých náprav součástí mostu hnací nápravy – u dělených náprav spojena s karoserií nebo součástí uzlu M + oP + R KVM

Teorie vozidel

2

Stálý převod Uspořádání soukolí : • kuželové soukolí (u klasického uspořádání s motorem podélně) • čelní soukolí u uspořádání s motorem napříč • Účel : – – – –

KVM

spolu se oP realizovat potřebný převod pro pohon vozidla Rozdělení podle počtu stupňů : Jednostupňové rozvodovky Dvoustupňové rozvodovky

Teorie vozidel

3

Stálý převod Ozubené soukolí rozvodovky • trvale v záběru na všech převodových stupních  velký rozsah momentů a otáček  nároky na životnost • požadavek na malé rozměry • požadavek nízkého hluku a vibrací • požadavek na vysokou účinnost

KVM

Teorie vozidel

4

Stálý převod

KVM

Teorie vozidel

5

Ozubené soukolí rozvodovky Spirální zuby – křivka zubu • kružnice (Gleason) • evolventa (Klingenberg) • epicykloida (Spiromatic) Hypoidní kola • umožňují vyosení kola – max. 0,2 D – osobní vozy – max. 0,1 D – nákladní vozy KVM

Teorie vozidel

6

Ozubené soukolí rozvodovky Výhody – snížení výstupu kloubového hřídele – zvýšení převodu • Při stejném průměru talířového kola se zvětšuje pastorek  silnější zuby  lze jich použít méně. Vyosováním se zvětšuje stoupání šroubovice  zvyšuje se počet zubů v záběru Nevýhody • Vyosením kloužou hypoidní zuby ve směru osy pastorku  nutnost mazání speciálními oleji  snížení účinnosti (cca 0,96) • Nesymetrie zubu KVM

Teorie vozidel

7

Rozvodovky Uložení kuželových kol • Nutno zachytit velké radiální i axiální síly • Způsoby uložení pastorku : • Letmé uložení ve dvou kuželíkových ložiskách • Letmé uložení ve dvou kuželíkových a jednom válečkovém ložisku • Na hlavě pastorku válečkové ložisko + dvě kuželíková ložiska • Uložení talířového kola : • Převážně na dvou kuželíkových ložiskách • Poloha pastorku a kuželového kola se kontroluje pomocí zrcadlového otisku • U skříně rozvodovky je nutná tuhá konstrukce s žebrováním

KVM

Teorie vozidel

8

Rozvodovky

KVM

Teorie vozidel

9

Rozvodovky

KVM

Teorie vozidel

10

Rozvodovky

KVM

Teorie vozidel

11

Dvoustupňové rozvodovky

• Dvoustupňové rozvodovky • Jednostupňová převodovka iMAX = 7  nelze použít u těžkých nákladních automobilů  nutno přidat další převod

KVM

Teorie vozidel

12

Dvoustupňové rozvodovky VSTUP

VÝSTUP

VÝSTUP

KVM

Teorie vozidel

13

Dvoustupňové rozvodovky VSTUP

VÝSTUP

KVM

VÝSTUP

Teorie vozidel

14

Dvoustupňové rozvodovky VSTUP

VÝSTUP

VÝSTUP

KVM

Teorie vozidel

15

Dvoustupňové rozvodovky VSTUP

VÝSTUP

VÝSTUP

KVM

Teorie vozidel

16

Dvoustupňové rozvodovky

KVM

Teorie vozidel

17

Diferenciály Planetové soukolí se 2 stupni volnosti : • Pro rozdělení výkonu na hnací kola • Pro vyrovnání rozdílných otáček kol při průjezdu zatáčkou Vozidla bez diferenciálu • Nadměrně opotřebovávají pneumatiky • Část výkonu ztrácejí při prokluzu pneumatiky • Znesnadňují ovládání vozidla Rozdělení podle funkce • Mezikolové (nápravové) • Mezinápravové • Mezivozidlové Rozdělení podle převodu • Symetrické • Nesymetrické KVM

Teorie vozidel

18

Nápravové diferenciály • R • nL, nP • • • • • •

v L, v P v ML, MP a rd M

KVM

poloměr zatáčky (středu nápravy) otáčky kol (levé, pravé viděno z dopředného směru jízdy) obvodové rychlosti kol obvodová rychlost středu nápravy momenty na kolech rozchod kol poloměr kola (dynamický) moment za rozvodovkou Teorie vozidel

19

KVM

Teorie vozidel

20

Kinematika průjezdu zatáčkou (vlevo) a 2

a R vL 2  v R

vP  v

a 2 L  v rd R

a R 2 P  v rd R

R



R

rd vP

R

P v

a

R

P L 2

vL

L

snížení otáček na levé straně = přírůstku otáček na pravé straně KVM

Teorie vozidel

21

Kinematika průjezdu zatáčkou (vlevo) R  a a v  v P   R    rdP  P  rd 2 

rd vP  1   1   2   

a  v L   R    rdL  L  v  1  1  2 rd  2  

P

v P P 2   1   v L L 2   1

KVM

v

a

R

vL

Teorie vozidel

L

22

Konstrukce diferenciálu Planetový diferenciál Pastorek rozvodovky

Talířové kolo = unašeč U

S

P

L

Pravé kolo

Levé kolo Satelit

KVM

Teorie vozidel

23

Planetový diferenciál •

Kinematická vazba

•

Základní rovnice

U 

i LP

 L  U zP    P  U zL

 zP  zP   U 1     P L zL  zL 

(1)

ML = MP  zL = zP

•

Otáčky satelitu

U  i LS 

S  KVM

 L  U z S  S zL

 P   L  z P 1

zP zL

zL zL . zS

Teorie vozidel

(2) (1)(2)

24

KVM

Teorie vozidel

25

Planetový diferenciál

KVM

Teorie vozidel

26

Planetový diferenciál

KVM

Teorie vozidel

27

Planetový diferenciál

KVM

Teorie vozidel

28

Konstrukce diferenciálu Čelní diferenciál Pastorek rozvodovky Talířové kolo = unášeč

Satelit pravý

Satelit levý

Levé kolo

KVM

Pravé kolo

Teorie vozidel

29

Konstrukce diferenciálu Čelní diferenciál Levé kolo Satelit levý

Satelit pravý

Pravé kolo

Pastorek rozvodovky

Talířové kolo = unášeč

KVM

Teorie vozidel

30

Čelní diferenciál

KVM

Teorie vozidel

31

Čelní diferenciál

KVM

Teorie vozidel

32

Čelní diferenciál TATRA

KVM

Teorie vozidel

33

Diferenciál

TATRA

KVM

Teorie vozidel

34

Čelní diferenciál  L  U z P z S 2 z S1 zP     P  U z S 2 z S1 z L zL

•

Kinematická vazba

i LP

•

Klasické provedení

zS1 = zS2 ; zP = zL

KVM

U 

Teorie vozidel

35

Uzávěrka diferenciálu Závěr diferenciálu • uzamyká diferenciál z důvodu nutnosti přenosu ML = MP • pomáhá jízdě terénem Konstrukční provedení Pevné propojení libovolných dvou částí diferenciálu. Nejčastěji : • spojení výstupního hřídele s talířovým kolem zubovou spojkou (pneumaticky) • Závěr diferenciálu = skoková změna  nutno ovládat řidičem (za klidu vozidla) KVM

Teorie vozidel

36

Uzávěrka diferenciálu

KVM

Teorie vozidel

37

Uzávěrka diferenciálu

KVM

Teorie vozidel

38

Samosvorné diferenciály Samosvorný diferenciál (diferenciál se samočinným uzavíráním) • Plynule vyrovnává ML a MP v závislosti na velikosti rozdílu L - P Typy samosvorných diferenciálů 1. vačkové 2. se zvýšeným třením

KVM

Teorie vozidel

39

Vačkový samosvorný diferenciál Unášeč nese vačky, jejichž počet je nesoudělný s výstupky na centrálním a korunovém kole. Při stejných otáčkách C a K se vačky na výstupcích příčí. Při různých otáčkách se vačky začnou naklápět, ale zvyšuje se tření mezi vačkami a koly. Dnes se nepoužívá.

KVM

Teorie vozidel

40

Vačkový diferenciál

KVM

Teorie vozidel

41

Vačkový diferenciál

KVM

Teorie vozidel

42

Diferenciál se zvýšeným třením šroubový (Torsen) – kombinace nesamosvorného čelního a šnekového diferenciálu. Centrální šroubová kola jsou v záběru se šroubovými satelity. Satelity jsou navzájem propojeny čelním soukolím. Při relativním pohybu výstupních hřídelů vzniká relativní pohyb ozubených kol, při kterém špatná účinnost šroubového ozubení vyvolá reakční točivý moment na kole s pohonem.

KVM

Teorie vozidel

43

Diferenciál Torsen

KVM

Teorie vozidel

44

Kuželový samosvorný diferenciál • Kuželové – mezi kuželovými koly na hnacích hřídelích a skříní jsou vytvořeny třecí plochy s vysokým třením (např. lamelovou brzdou). • Lok-O-Matic – satelity jsou uloženy na čepech v klínové drážce. Při působení momentu se přítlačné kroužky roztahují a přes lamely brzdí o klec.

KVM

Teorie vozidel

45

Diferenciál Borg - Warner 

KVM

Borg-Warner – mezi skříní a planetovými koly jsou třecí spojky. Třecí moment je vyvozen axiálními silami a přítlačnými vinutými pružinami.

Teorie vozidel

46

KVM

Teorie vozidel

47

Kuželový diferenciál

KVM

Teorie vozidel

48

Lok-O-Matic

KVM

Teorie vozidel

49

Diferenciál ZF Mezi výstupními koly a klecí je viskózní spojka

KVM

Teorie vozidel

50

Viskózní spojka

KVM

Teorie vozidel

51

Diferenciál ZF

KVM

Teorie vozidel

52

Řízené diferenciály 

KVM

přítlak lamel je řízen elektricky, pneumaticky nebo hydraulicky

Teorie vozidel

53

Diferenciál Borg & Beck

KVM

Teorie vozidel

54

Účinnost diferenciálu

KVM

Teorie vozidel

55

Bez uvažování ztrát Momentové poměry bez uvažování ztrát MP 1 L   i RP   R M 1  i PL index R  rozvodovka (talířové kolo)

ML 1 P   i RL   R M 1  i LP Symetrický diferenciál :

MP 1 ML KVM

i

R LP

i

R PL

 i R  1

MP ML 1   M M 2

M P  0; M L  0

Teorie vozidel

56

Uvažování ztrát • V diferenciálu vznikají ztráty výkonu vlivem  • V diferenciálu vzniká „potenciální výkon“ Jízda zatáčkou – vozidlo hnáno motorem (moment roztáčí kola) • moment na kolech je spotřebováván – v motoru vzniká (1) M 0       0 P

P

P

 L   L    0 KVM

Teorie vozidel

ML  0

(2) 57

Uvažování ztrát • Z (1) a (2) plyne pro potenciální výkony : • Tok potenciálního výkonu bude z kola L na kolo P

PP  M P  P  0

PL  M L  L  0

KVM

Teorie vozidel

58

Uvažování ztrát Tok potenciálního výkonu bude z kola L na kolo P MP (3)  i  ML

PL

PL

MP  ML  M  0

(4)

• Z (3) + (4) plyne :

ML 1  M i PL PL  1

MP i PL PL  M 1  i PL PL • Symetrický diferenciál : KVM

Teorie vozidel

iPL = -1 59

Uvažování ztrát Symetrický diferenciál :

iPL = -1

MP   PL  M 1   PL ML 1 MP   M 1   PL M  PL  větší moment na vnitřním kole

KVM

Teorie vozidel

60

Uvažování ztrát Jízda zatáčkou – vozidlo hnáno koly moment na kolech vzniká – motor jej spotřebovává

 P   P    0  L   L    0

KVM

Teorie vozidel

MP  0

(5)

ML  0

(6)

61

Uvažování ztrát • Z (5) a (6) plyne pro potenciální výkony : • Tok potenciálního výkonu bude z kola P na kolo L

PP  M P  P  0 PL  M L  L  0

KVM

Teorie vozidel

62

Uvažování ztrát Tok potenciálního výkonu bude z kola P na kolo L ML (7)  i  MP

LP

LP

MP  ML  M  0

(8)

• Z (7) + (8) plyne : ML i LP LP  M 1  i LP LP

MP 1  M i LP LP  1

• Symetrický diferenciál : KVM

Teorie vozidel

iPL = -1 63

Uvažování ztrát Symetrický diferenciál :

iPL = -1

ML   LP MP    LP M 1   LP M

MP 1  M 1   LP  větší moment na vnějším kole

KVM

Teorie vozidel

64

Silové poměry nápravy s diferenciálem při jízdě zatáčkou •

Momentům na kolech jsou přímo úměrné hnací síly na obvodu kol FKP ; FKL resp. suvné síly v ložiskách XP ; XL.

X  FK  O f

FK 

XL  XP XL  XP

• Poháněná náprava • Bržděná náprava

KVM

MK rd

Teorie vozidel

65

Pohon M

FKL

Pásmo neurčitosti pro přímou jízdu

FKP 

XL

XP

OfP

OfL

X

B/2

B/2

B

KVM

Teorie vozidel

66

Brždění M v 

X

XP

XL B/2

B/2

B

KVM

Teorie vozidel

67

Silové poměry nápravy s diferenciálem při jízdě zatáčkou • Poloha výslednice dává v důsledku vyosení moment M, který se snaží vytáčet nápravu (a přes zavěšení i celé vozidlo). Diferenciál je tedy jedním z činitelů, které způsobují nedotáčivost vozidla. Moment M je tím větší, čím nižší (horší) je účinnost diferenciálu.

KVM

Teorie vozidel

68

Pohon M P  FKP rd  X P  O fP rd M L  FKLrd  X L  O fL rd MP  ML XP 

XL 

KVM

MP rd

ML rd

 O fP 

 O fL 

M P  M fP rd

M L  M fL rd

Teorie vozidel

69

Brždění M P  FKP rd  X P  O fP rd M L  FKLrd  X L  O fL rd

MP  ML XP 

XL 

KVM

MP rd

ML rd

 O fP 

 O fL 

M P  M fP rd

M L  M fL rd

Teorie vozidel

70

Silové poměry nápravy s diferenciálem při jízdě zatáčkou • Rovnováha M k podélné ose vozidla

X  XL  XP M  X. 

1 B XL  XP 2

B XL  XP  2X

• Při pomalé jízdě zatáčkou, kdy XL není omezeno adhezí při symetrickém diferenciálu iR = -1 bude : MR B 1   M 

KVM

2rd

.

R

1  R

Teorie vozidel

71

Výsledná účinnost diferenciálu Pohon: Cp

 MP P ML L  PP  PL MP P  ML L       P M R M R   M R

MP R  M 1 R Cp  1 

KVM

1 R 1 1   R 2

ML 1  M 1 R

Ztráty

Teorie vozidel

R  B

72

Výsledná účinnost diferenciálu Brždění: Cb 

 Cb 

KVM

P 1  PP  PL M P P  M L L M R M R 1 1 R 1 1 1  R 2

R  B

Teorie vozidel

73