Rozvodovky. Konstrukčně nenahraditelná, propojuje převodovku a rozvodovku Je konstantním činitelem v celkovém převodovém poměru HÚ

TU v Liberci – Fakulta strojní – Katedra vozidel a motorů Kolové dopravní a manipulační stroje I 4 – Rozvodovka + Diferenciál

Rozvodovky Konstrukčně nenahraditelná, propojuje převodovku a rozvodovku 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

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

spolu se oP realizovat potřebný převod pro pohon vozidla

Rozdělení podle počtu stupňů : - Jednostupňové rozvodovky - Dvoustupňové rozvodovky Jednostupňové rozvodovky (jednoduché stálé převody) i = 3,5 ÷ 4 – osobní automobily - nákladní automobily i>6 kuželové soukolí - přímé zuby (hlučné, nízká životnost, citlivé na montáž a tolerance, menší axiální síly, nízké obvodové rychlosti) - zakřivené zuby (nehlučný chod, menší citlivost na nepřesnost výroby a montáže, vyšší hodnoty převodu, vyšší obvodové rychlosti, vyšší axiální síly)

Pavel Němeček 2009


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

Spirální zuby – křivka zubu • kružnice (Gleason) • evolventa (Klingelberg) • epicykloida (Spiromatic) Hypoidní kola • umožňují vyosení kola - max. 0,2 D – osobní vozy - max. 0,1 D – nákladní vozy 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 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





A) Dvoustupňové rozvodovky Jednostupňová převodovka iMAX = 7 ⇒ nelze použít u těžkých nákladních automobilů ⇒ nutno přidat další převod VSTUP

VSTUP

VÝSTUP

VÝSTUP

VÝSTUP

VÝSTUP

VSTUP

VÝSTUP

VÝSTUP

VSTUP

VÝSTUP


VÝSTUP




Diferenciál 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 Pavel Němeček 2009


Rozdělení podle převodu • Symetrické • Nesymetrické Nápravové diferenciály R poloměr zatáčky (středu nápravy) n L, n P otáčky kol (levé, pravé viděno z dopředného směru jízdy) v L, v P obvodové rychlosti kol v obvodová rychlost středu nápravy ML, MP momenty na kolech a rozchod kol rd poloměr kola (dynamický) M moment za rozvodovkou M 2

Momentová rovnováha

ML = MP =

Energetická rovnováha

PL = M Lω L

PP = M Pω P PL ω L = PP ω P

kinematické vztahy (zatáčka vlevo)

vL = v vP = v

R−

a 2

rd vP ωP

R R+

a 2

R

a 2 ωL = v rd R a R+ 2 ωP = v rd R

v

a

R−

ω=

ωP +ωL 2


R

vL

ωL


snížení otáček na levé straně = přírůstku otáček na pravé straně

R a a⎞ ⎛ v P = ⎜ R + ⎟ω = rdω P 2⎠ ⎝ a⎞ ⎛ v L = ⎜ R − ⎟ω = rdω L 2⎠ ⎝

ρ=

⇒

ωP =

v rd

⎛ 1 ⎞ ⎜⎜ 1 + ⎟⎟ 2 ρ ⎝ ⎠

⇒

ωL =

v rd

⎛ 1 ⎞ ⎜⎜ 1 − ⎟⎟ 2 ρ ⎝ ⎠

v P ω P 2ρ + 1 = = v L ω L 2ρ − 1 Konstrukce diferenciálů 1) Planetový diferenciál

Pastorek rozvodovky

Talířové kolo = unašeč ωU ωS

ωP

ωL

Pravé kolo

Levé kolo Satelit



ω L − ωU z =− P ω P − ωU zL

Kinematická vazba

(U ) = i LP

Základní rovnice

ω U ⎜⎜ 1 +

Otáčky satelitu

⎛

⎞ z ⎟⎟ = ω P P + ω L zL ⎝ ⎠ z (U ) ω L − ω U i LS = = S ωS zL

ωS =


zP zL

(ω P − ω L ) z P 1+

zP zL

(1) ML = MP ⇒ zL = zP (2)

zL zL . z S (1)→(2)




2) Čelní diferenciál

Pastorek rozvodovky Talířové kolo = unášeč

Satelit pravý

Satelit levý

Levé kolo

Pravé kolo

ω L − ωU z z z z = − P S 2 S1 = − P ω P − ωU z S 2 z S1 z L zL

Kinematická vazba

(U ) i LP =

Klasické provedení :

zS1 = zS2 ; zP = zL

Levé kolo Satelit levý

Satelit pravý

Pravé kolo

Talířové kolo = unášeč


Pastorek rozvodovky


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)



Samosvorný diferenciál (diferenciál se samočinným uzavíráním) Plynule vyrovnává ML a MP v závislosti na velikosti rozdílu ωL - ωP Typy samosvorných diferenciálů 1) vačkové 2) se zvýšeným třením Vačkové 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.



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.



• 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.



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

• Diferenciál Borg & Beck

• Diferenciál ZF. Mezi výstupními koly a klecí je viskózní spojka Pavel Němeček 2009



TU v Liberci – Fakulta strojní – Katedra vozidel a motorů Kolové dopravní a manipulační stroje I 4 – Rozvodovka + Diferenciál •

Řízené diferenciály – přítlak lamel je řízen elektricky, pneumaticky nebo hydraulicky









Diferenciály – účinnosti Momentové poměry bez uvažování ztrát

MP 1 L = − i RP =− R M 1 − i PL ML 1 P = − i RL =− R M 1 − i LP

R R i LP = i PL = i R = −1

Symetrický diferenciál :

MP =1 ML

index R ≈ rozvodovka (talířové kolo)

MP ML 1 = =− M M 2

M P < 0; M L < 0

Momenty při uvažování ztrát V diferenciálu vznikají ztráty výkonu vlivem η V diferenciálu vzniká „potenciální výkon“ Jízda zatáčkou – vozidlo hnáno motorem (moment roztáčí kola) moment na kolech je spotřebováván – v motoru vzniká

Δω P = ω P − ω > 0 Δω L = ω L − ω < 0

MP < 0 ML < 0

(1) (2)

Z (1) a (2) plyne pro potenciální výkony :

ΔPP = M P Δω P < 0 ΔPL = M L Δω L > 0 Tok potenciálního výkonu bude z kola L na kolo P

MP = − i PLη PL ML

(3)

MP + ML + M = 0

(4)



Z (3) + (4) plyne :

MP i η = PL PL ; M 1 − i PLη PL

ML 1 = M i PLη PL − 1

Symetrický diferenciál : iPL = -1

MP − η PL = M 1 + η PL ; ML M −1 = = P η PL M 1 + η PL M

⇒ větší moment na vnitřním kole

B)

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

Δω P = ω P − ω > 0 Δω L = ω L − ω < 0

MP > 0 ML > 0

(5) (6)

Z (5) a (6) plyne pro potenciální výkony :

ΔPP = M P Δω P > 0 ΔPL = M L Δω L < 0 Tok potenciálního výkonu bude z kola P na kolo L

ML = − i LPη LP MP

(7)

MP + ML + M = 0

(8)

Z (7) + (8) plyne :

ML i η = LP LP ; M 1 − i LPη LP

Symetrický diferenciál : iPL = -1


MP 1 = M i LPη LP − 1


ML M − η LP = = P η LP ; M 1 + η LP M MP −1 = M 1 + η LP ⇒ větší moment na vnějším kole 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 > X P XL < XP

ΔM

FKL

Δ

XL OfL

ΔM

FKP XP OfP

X

B/2

B/2

B Pohon

Pásmo neurčitosti pro přímou jízdu

Poháněná náprava Bržděná náprava

MK rd

v

Δ X

XL B/2

XP

B/2

B Brždění

Poloha výslednice dává v důsledku vyosení moment ΔM, který se snaží vytáčet nápravu (a přes zavěšení i celé vozidlo). Diferenciál je tedy jedním z činitelů, které způsobují nedotáčivost vozidla. Moment ΔM je tím větší, čím nižší (horší) je účinnost diferenciálu.


TU v Liberci – Fakulta strojní – Katedra vozidel a motorů Kolové dopravní a manipulační stroje I 4 – Rozvodovka + diferenciál

M P = FKP rd = (X P + O fP )rd

M L = FKL rd = (X L + O fL )rd

MP < ML XP −

XL −

MP rd

ML rd

= O fP =

= O fL =

M P − M fP rd

M L − M fL rd

M P = FKP rd = (X P − O fP )rd

M L = FKL rd = (X L − O fL )rd

MP > ML XP − XL −

MP rd ML rd

= O fP = = O fL =

M P + M fP rd M L + M fL rd

Rovnováha M k podélné ose vozidla

X = XL + XP 1 B XL − XP 2 B XL − XP Δ= 2X ΔM = X.Δ =

Při pomalé jízdě zatáčkou, kdy XL není omezeno adhezí při symetrickém diferenciálu iR = -1 bude :

ΔM =

MR B 1 − ηR . 2rd 1 + ηR


26/30


Adhezní schopnost nápravy – při poklesu μK

FK FK max 1 bez diferenciálu ηR=1 ηR=0,75

0,5

ηR=0,5 ηR=0,25 1 μKO =μKmax = maximální hodnota součinitele adheze

μ KP μ KO

1. náprava bez diferenciálu :

FK = FKL + FKP = FZ μ KO + FZ μ KP = FZ (μ KO + μ KP ) FK max = (FZL + FZP )μ KO

FZP = FZL = FZ = konst . ⇒ FZL + FZP = 2 FZ FK μ 1⎛ = ⎜⎜ 1 + KP FK max 2 ⎝ μ KO

⎞ ⎟⎟ ⎠

2. náprava s diferenciálem bez tření

FK = FKL + FKP = 2 FKP = 2 FZ μ KP FK μ = KP FK max μ KO


27/30


3. náprava s třením (0 < ηR < 1)

FK = FKL + FKP = FKP + FKP

⎛ 1 = FZ μ KP ⎜⎜ 1 + ηR ⎝ ηR 1

⎞ ⎟⎟ ⎠

FK 1 μ KP ⎛ 1 ⎞ ⎜⎜ 1 + ⎟⎟ = FK max 2 μ KO ⎝ η R ⎠ Adhezní schopnost nápravy – při poklesu FZ (vlivem odstředivé síly)

FK FK max 1

bez diferenciálu

ηR=1 ηR=0,75

0,5

ηR=0,5 ηR=0,25 1 μKO =μKmax = maximální hodnota součinitele adheze 1. náprava bez diferenciálu :

FK = (FZL + FZP )μ KO = 2 FZ μ KO = FK max FK =1 FK max

2. náprava s diferenciálem bez tření

FK = 2FZL μ KO FK F = ZL FK max FZ


28/30

FZL FZ


3. náprava s třením (0 < ηR < 1)

⎛ 1 FK = FZL μ KO ⎜⎜ 1 + ⎝ ηR

⎞ ⎟⎟ ⎠

1 FZL ⎛ 1 ⎞ FK ⎜⎜ 1 + ⎟ = FK max 2 FZ ⎝ η R ⎟⎠

Výsledná účinnost diferenciálu Pohon :

ηCp = −

⎛M ω PP + PL M ω + ML ωL M ω ⎞ =− P P = −⎜⎜ P P + L L ⎟⎟ P M ωR M ωR ⎠ ⎝ M ωR

MP η =− R ; M 1 +ηR

η Cp = 1 −

ηR ML = − M 1+ηR

1 −ηR 1 1 + η R 2ρ

ztráty

Brždění :

ηCb =

1 P = PP + PL M Pω P + M Lω L Mω R Mω R

η Cb =

1 1 −ηR 1 1+ 1 + η R 2ρ

ρ=

R B


29/30


Návrh diferenciálu Ozubená kola poloos 4 satelity

D = 6,937 3 M R 2 satelity

D = 6,353 3 M R D … roztečný průměr kol planetového soukolí spojených s poloosami [mm] MR .. moment na talířovém kole [Nm] Zatížení zubů bez tření

Fmax = M M max ..

ip … m… ηp …

M M max i pη p

mD maximální moment motoru převod na převodovém stupni počet satelitů účinnost převodovky

s uvažováním tření

F=

M 2 M max i pη p

(1 + η )mD

η … účinnost diferenciálu diferenciál se závěrkou (může být přenášen celý moment)

F=

M 2 M max i pη p


mD

30/30

Rozvodovky. Konstrukčně nenahraditelná, propojuje převodovku a rozvodovku Je konstantním činitelem v celkovém převodovém poměru HÚ

Recommend Documents