Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav techniky a automobilové dopravy

Transkript

1 Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav techniky a automobilové dopravy Převodová ústrojí osobních automobilů Bakalářská práce Vedoucí práce: Prof. Ing. František Bauer, CSc. Vypracoval: Pavel Jašek Brno 2013

2 Volná stránka pro zadání

3 PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma Převodová ústrojí osobních automobilů 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 bakalářské práce a děkana Agronomické fakulty Mendlovy univerzity v Brně. dne. podpis studenta.

4 PODĚKOVÁNÍ Děkuji svému vedoucímu bakalářské práce prof. Ing. Františku Bauerovi, CSc. za veškerou pomoc, které si velice vážím, při zpracování této bakalářské práce.

5 ABSTRAKT Jašek, P. Převodová ústrojí osobních automobilů. Bakalářská práce. Brno, Bakalářská práce je zaměřena na současný stav převodovek osobních automobilů. Provedl jsem analýzu a následný ucelený souhrn v současnosti používaných převodovek určené pro osobní automobily a objasnil jejich funkce. Dále jsem uvedl systémy zajišťující správnou činnost převodovek, jedná se o synchronizační, řadící a ovládací systémy. Převodovky a pracovní systémy jsem rozdělil podle konstrukce, činnosti a funkce kterou zajišťují v současných osobních automobilech. V této bakalářské práci jsem dále objasnil charakteristiky daných typů převodovek a důvody, pro které se používají v současných osobních automobilech. Vzal jsem v úvahu dnešní požadavky kladeny na jízdy komfort, nízkou spotřebu paliva a nutnost dodržování předepsaných emisí, k čemuž správné použití vhodné převodovky významně přispěje. Klíčová slova: převod, manuální převodovka, automatická převodovka, DSG, hydrodynamický měnič točivého momentu, synchronizace, řadící ústrojí ABSTRACT Jašek, P. Transmissions of passenger cars. The bachelor thesis. Brno, This bachelor thesis is specialised on current status of gearboxes of passenger cars. I performed the analysis and follow a comprehensive summary of currently used gearboxes for passenger cars and clarified their functions. I also said systems to ensure correct operation of gearboxes of passenger cars, this are synchromesh systems, gearshift and control mechanism. Gearboxes and working systems I divided by construction, operation and functions, which provide in the current passenger cars. In this bachelor thesis, I also clarified characteristics of the types of gearboxes and the reasons for which are used in current passenger cars. I took into account today's requirements for driving comfort, fuel efficiency and necessity of complying with the required emission, for which the correct application of gearbox will contribute significantly. Keywords: gear ratio, manual gearbox, automatic gearbox, DSG, hydrodynamic torque converter, synchromesh, gearshift mechanism

6 OBSAH 1 ÚVOD CÍL PRÁCE ANALÝZA SOUČASNÉHO STAVU V KONSTRUKCI PŘEVODOVÝCH ÚSTROJÍ OSOBNÍCH AUTOMOBILŮ Manuální stupňové převodovky Dvouhřídelové převodovky Tříhřídelové převodovky Šestistupňové převodovky Řadící ústrojí převodovky Synchronizační systémy převodovek s čelními ozubenými koly Jištěná Synchronizace s blokovacím kroužkem Dvojitá (trojkuželová) synchronizace VW Vnější synchronizace Mercedes-Benz Blokovací synchronizace Porsche se servoúčinkem Dvoutoké (dvouspojkové) převodovky řazené pod zatížením Dvoutoká převodovka DSG Dvoutoká převodovka PDK Polosamočinné převodovky Sekvenční převodovky Planetové převody Planetové soukolí Samočinné (automatické) převodovky Hydrodynamický měnič točivého momentu Planetové soukolí samočinných převodovek Řízení samočinných převodovky TECHNICKÝ ROZBOR VYBRANÝCH PŘEVODOVEK Šestistupňová manuální převodovka Šestistupňová DSG převodovka Slovní porovnání manuální a DSG převodovky ZÁVĚR Charakteristika převodovky... 48

7 5.2 Shrnutí POUŽITÁ LITERATURA SEZNAM OBRÁZKŮ... 52

8 1 ÚVOD Převodovka je jednou ze součástí patřící do soustavy převodového ústrojí osobních automobilů. Z hlediska toku točivého momentu je umístěna ve vozidle mezi vozidlovou spojkou a rozvodovkou. Úkolem převodovky je zajistit pohyb vozidla za všech možných podmínek, které při jeho provozu přicházejí v úvahu, přičemž ekonomické vlastnosti provozu vozidla musí být zajištěny v co nejvýhodnější míře. Hlavní funkční činnosti převodovky použité u osobních automobilů je přenos a změna velikosti točivého momentu motoru k hnacím kolům vozidla. Další neméně důležitou činností je umožnění dlouhodobého přerušení přenosu točivého momentu motoru, tento provozní stav se nazývá volnoběh. Pomocí převodovky se dosáhne změny smyslu točivého momentu motoru, jedná se reverzaci (zpětný chod), to umožňuje opačný směr otáčení hnacích kol vozidla. V neposlední řadě musí převodovka při jízdě ze svahu zajistit zařazením vhodného rychlostního stupně brzdění vozidla motorem. Převodovka osobních automobilů obsahuje převody, díky kterým je možno měnit velikost otáček výstupního hřídele převodovky. Tato změna převodu mezi motorem a hnacími koly je volena tak, aby měl motor bez ohledu na rychlost jízdy stále vysoké otáčky, při kterých má plný výkon. Převodovka má za úkol vhodnou volbou počtem a odstupňování rychlostních stupňů co nejvíc využít výkon motoru a převést na hnací kola potřebnou hnací sílu, v podobě točivého momentu. Toho se v ideálním případě docílí řazením pouze v oblasti maximálního točivého momentu motoru. Pro rozjezd vozidla slouží v převodovce převod dopomala, kdy je hodnota i > 1, při postupném zvýšení otáček motoru a rychlosti vozidla je postupně řazením snižována hodnota převodu dopomala po hodnotu i = 1, která odpovídá přímému záběru. Posléze následuje řazení převodů dorychla, které mají hodnotu převodového poměru i < 1, ty umožní větší rychlost vozidla. Maximální a minimální hodnota převodového poměru i závisí na konstrukčním provedení dané převodovky. Při jízdě po rovině překonává vozidlo jen odpor valení a odpor vzduchu, výkon motoru je zvolen tak, aby překonal tyto odpory bez použití převodu v převodovce, tudíž na přímý záběr s hodnotou i = 1, a vysoké otáčky motoru se využijí v tomto případě pro dosažení největší rychlosti vozidla. 8

9 Pří jízdě do svahu musí vozidlo překonávat nejen odpor valení a odpor vzduchu, ale i tíhu vozidla působící proti směru jízdy. V důsledku zamezení přetěžování motoru vozidla, kdy už výkon motoru nestačí překonávat všechny odpory při jízdě, musí dojít ke změně převodu v převodovce. Výkon motoru klesá v závislosti na snižujících otáčkách, proto je nutná změna převodu z nižšího na větší, tedy přeřazení z vyššího rychlostního stupně na nižší rychlostní stupeň (tj. podřazení), aby se opět dosáhlo vysokých otáček a tím plného výkonu motoru, potřebného k překonání jízdních odporů. Snížením rychlosti vozidla vlivem zařazení většího převodu (převod dopomala) tj. podřazením, se sníží i odpor valení a odpor vzduchu působící proti jízdě vozidla. Za poslední dobu došlo k velkému rozvoji a rozšíření samočinných (automatických) převodovek u osobních automobilů, momentálně sice stále převažuje použití mechanických (manuálních) převodovek, ale jejich podíl u osobních automobilů už není tak značný jako například před deseti lety. Vzrostl i podíl použití polosamočinných převodovek a dvoutokých převodovek řazených pod zatížením. V současné době probíhá trend ve zvětšování počtu převodových rychlostí, které jsou nožné převodovkou u osobních automobilů řadit, hlavní důvody jsou maximální využití výkonu motoru a tím související snížení spotřeby paliva. Pokud dříve stačilo u mechanických převodovek použití čtyř nebo pět rychlostních stupňů, tak dnes není žádnou novinkou montovat do nových automobilů, a to nejen vyšších tříd, šesti stupňové mechanické převodovky. Ještě strmější vývoj zaznamenaly u osobních automobilů samočinné převodovky, dříve čtyř nebo pětistupňové se dnes prakticky nepoužívají, nahradily je šesti až osmistupňové samočinné převodovky, z nichž je v dnešní době nejpoužívanější šestistupňová převodovka. Momentálně se pracuje na vývoji devítistupňové převodovky, která má v roce 2013 vyjít na trh. To není konečný stav, protože bylo ohlášeno, že se pracuje i na vývoji desetistupňové převodovky, což by měl být strop v počtu rychlostních stupňů u samočinných převodovek osobních automobilů. Nejlepší samočinné převodovky už jsou jen 11% pod teoretickou 100% účinností, dosahují tedy 89% účinnosti. V budoucnu se spíše bude pracovat na snížení hmotnosti, rozměrů a výrobních nákladu. Více pozornosti se má v budoucím vývoji věnovat i bezstupňovým převodovkám CVT. 9

10 2 CÍL PRÁCE Hlavním cílem bakalářské práce je provést analýzu o současném stavu konstrukčního a funkčního provedení převodovek používaných u osobních automobilů. Dílčím cílem je podrobná analýza jednotlivých druhů převodovek používaných v současnosti u osobních automobilů, zároveň objasnit jejich funkci a způsob použití. Současně jsem u vybraných typů převodovek použitých u osobního automobilu Škoda Octavia třetí generace provedl technický rozbor, znázorněný v pilovém (n v) diagramu. 10

11 3 ANALÝZA SOUČASNÉHO STAVU V KONSTRUKCI PŘEVO- DOVÝCH ÚSTROJÍ OSOBNÍCH AUTOMOBILŮ 3.1 Manuální stupňové převodovky Řazení rychlostních stupňů ovládá pouze řidič pomocí řadící páky na středovém tunelu a má tedy lepší kontrolu nad vozidlem, to lze uplatnit především při sportovní jízdě nebo při těžkých jízdních podmínkách např. na ledě nebo sněhu Dvouhřídelové převodovky Točivý moment je pro všechny rychlostní stupně přenášen jen jedním párem ozubených kol. Vstup a výstup točivého mementu, jak je zřejmé z obrázku č. 1, není v jedné ose a smysl otáčení hnacího a hnaného hřídele převodovky se od sebe navzájem liší. Všechna ozubená kola jsou ve stálém záběru a řazení jednotlivých převodových stupňů se provádí přesunutím objímky synchronizační spojky buď na hnacím nebo na hnaném hřídeli. Konstrukce: Převodovky se skládá jen ze dvou nesouosých hřídelů (hřídele neleží v jedné ose). Hnací (vstupní) hřídel Hnaný (výstupní) hřídel Vlastnosti: Výhoda o Účinnost převodovky je velmi dobrá, protože točivý moment je kromě zpětného chodu přenášen jen jedním párem ozubených kol. Nevýhoda o Není možné přímé spojení hnacího a hnaného hřídele (přímý záběr). Použití: U vozidel s motorem umístěným vpředu a pohonem přední nápravy nebo s motorem umístěným vzadu a pohonem zadní nápravy. (Vlk, 2006) 11

12 Obr. č. 1 Schéma dvouhřídelové čtyřstupňové převodovky (Jan a Žďánský, 2006) Tříhřídelové převodovky Přenos točivého momentu je u všech rychlostních stupňů, kromě přímého záběru, tvořen dvěma páry ozubených kol tj. dvěma soukolí, tudíž je smysl otáčení hnací a hnané hřídele převodovky stejný. Jak je vidět z níže uvedeného obrázku č. 2, vstup i výstup točivého momentu je v jedné ose, to je docíleno vložením předlohového hřídele Točivý moment jde z hnacího hřídele převodovky přes soukolí stálého záběru převodovky, které představuje převod dopomala, na předlohový hřídel a přes tento hřídel zařazeným rychlostním stupněm na hnanou hřídel převodovky. Výjimkou je již zmíněný přímý záběr, kdy dojde zubovou spojkou ke spojení hnací a hnané hřídele převodovky a točivý moment jde rovnou bez použití předlohového hřídele, který se protáčí, z hnací na hnanou hřídel převodovky. Při přímém záběru přenáší převodovka točivý moment bez použití ozubených kol a převodový poměr je tedy i = 1. Rozlišujeme dvě základní konstrukční provedení tříhřídelové převodovky: A) Přímý záběr představuje nejvyšší rychlostní stupeň převodovky. B) Přímý záběr představuje druhý nejvyšší rychlostní stupeň převodovky. o Zde je nejvyšší rychlostní stupeň převod dorychla, jeho převodový poměr je tedy i < 1. 12

13 Konstrukce: Převodovka se skládá ze tří hřídelí, kde hnací a hnaná hřídel leží v jedné ose. Hnací (vstupní) hřídel Hnaný (výstupní) hřídel Předlohový (vložený) hřídel Vlastnosti: Výhoda o Umožní přímý záběr, nedochází ke ztrátám přenosem ozubenými koly. Nevýhoda o Točivý moment, kromě přímého záběru, jde přes dvě soukolí ozubených kol, tím je účinnost převodovky zmenšena o ztráty v soukolích vzniklé. Použití: U vozidel s motorem umístěným vpředu a pohonem zadní nápravy. (Vlk, 2006) Obr. č. 2 Schéma tříhřídelové pětistupňové převodovky (Jan a Žďánský, 2006) 13

14 3.1.3 Šestistupňové převodovky V současnosti stále více používané konstrukční provedení převodovek u osobních automobilů. Hlavní požadavek je zde kladen na lepší využití výkonu motoru, zlepšení průběhu točivého momentu motoru, nižší spotřebu paliva a v neposlední řadě na zajištění komfortu jízdy. Dále přispívají k snížení hluku a emisí. Tyto převodovky umožní, díky použití většího počtu převodů, využití dostatečného výkonu motoru v širokém rozsahu hnacích sil a rychlostí vozidla. Při řazení jednotlivých rychlostních stupňů dochází, vlivem jemnějšího odstupňování rychlostních stupňů, k menšímu skoku hnací síly motoru, což má za následek, stejně jako větší převodový rozsah převodovky, snížení spotřeby paliva. Zároveň pokles otáček motoru při řazení způsobený změnou rychlostního stupně, při podřazení v případě jízdy do kopce nebo zařazením vyššího rychlostního stupně při jízdě po rovině, bude menší a provoz vozidla plynulejší. Čím menší jsou rozdíly mezi dvěma sousedními rychlostními stupni, tím snáze lze jednotlivé převody rychlostních stupňů řadit a kladené nároky na řadící ústrojí jsou menší. Nevýhodou šestistupňové převodovky jsou větší hmotnost, rozměry a složitější konstrukce převodovky. Šestistupňové převodovky lze rozdělit podle tří základních provedení: 1. Provedení: Ve srovnání s pětistupňovou převodovkou je u tohoto konstrukčního provedení šestistupňové převodovky zachován stejný převodový rozsah převodovky, tedy maximální a minimální převod je u obou převodovek stejný. Rozdíl oproti pětistupňové převodovce je v jemnějším odstupňování jednotlivých převodů rychlostních stupňů použitím více převodů v daném převodovém rozsahu převodovky. Pomocí jemnějšího odstupňování převodovky se dosáhne snadnějšího udržení otáček motoru v oblasti maximálního točivého momentu motoru. Maximální rychlost vozidla zůstává stejná jako u srovnávané pětistupňové převodovce. 2. Provedení: Šestistupňová převodovka tohoto konstrukčního provedení má oproti pětistupňové převodovce větší převodový rozsah převodovky. Převodový rozsah je pozměněn, tak že maximální převod, tj. převod pro první rychlostní stupeň je stejný jako u pětistup- 14

15 ňové převodovky, ale minimální převod představující šestý rychlostní stupeň převodovky má zde menší hodnotu převodového poměru. Tímto konstrukčním provedením šestistupňové převodovky je dosaženo oproti srovnávané pětistupňové převodovce nejen jemnějšího odstupňování převodů rychlostních stupňů, ale i větší maximální rychlosti vozidla. 3. Provedení: Toto konstrukční provedení šestistupňové převodovky má s pětistupňovou převodovkou shodné převody, tudíž i převodový rozsah, pro první až pátý rychlostní stupeň. Šestý rychlostní stupeň je zde dlouhý převod dorychla, kterým se zvýší maximální rychlost vozidla při stejných otáčkách motoru. Toto konstrukční provedení šestistupňové převodovky je především vhodné pro dálniční provoz, tedy provoz vozidla na dlouhých rovinkách při vysoké rychlosti, kde se pomocí dlouhého převodu šestého rychlostního stupně sníží spotřeba paliva a hluk vozidla. Nevýhoda je, že se tímto konstrukčním provedením nedosáhne jemnějšího odstupňování jednotlivých převodů rychlostních stupňů převodovky oproti zmíněné pětistupňové převodovce. (AUTOEXPERT, 2007) Řadící ústrojí převodovky U řadícího ústrojí konvenčních manuálních převodovek jsou rychlostní stupně uspořádány ve tvaru písmene H a řazení se provádí přesunutím řadící objímky synchronizační (řadící) spojky, jejíž funkce je rozvedena v následující kapitole zabývající se synchronizačními systémy mechanických převodovek s čelními ozubenými koly. K axiálnímu posunu řadící objímky slouží řadící (posuvná) vidlice, jejíž pohyb je ovládán od řadící páky řidiče pomocí řadícího ústrojí. Řadící vidlice se mohou, jak axiálně posunovat, tak otáčet kolem pevného otočného bodu, jedná se o tzv. řadící vahadlo. Celý řadící proces řazení rychlostního stupně je rozdělen na volící pohyb a řadící pohyb. Volícím pohybem dochází k výběru příslušné řadící objímky a pomocí řadícího pohybu dojde k jejímu axiálnímu pohybu směrem k ozubenému kolu a tím k zařazení požadovaného rychlostního stupně, jedná se o přímé řazení, tj. řazení je uskutečněno pouze vlastní silou řidiče bez použití zvláštního řadícího ústrojí, oproti nepřímému řazení, do nějž patří např. elektrohydraulické řazení rychlostních stupňů. (Vlk, 2006) 15

16 Podle uložení převodovky ve vozidle je přímé řadící ústrojí rozděleno: Řadící páka umístěna na víku převodovky (Vnitřní řazení) U vozidel, kde je převodovka uložena přímo pod řadící pákou. Dnes málo používané provedení přímého řadícího ústrojí, např. pohonem zadní nápravy s motorem vpředu. Podélným pohybem řadícího palce se vybere požadovaná řadící tyč s příslušnou řadící objímkou, která zapadá do řadící objímky řadící (synchronizační) spojky převodovky. Příčným pohybem řadícího palce dojde k axiálnímu posunu vybrané řadící tyče s řadící vidlicí směrem k ozubenému kolu řazeného rychlostního stupně, společně s nimi se ve stejném směru posune i řadící objímka a dojde k zařazení požadovaného rychlostního stupně. Každá řadící tyč opatřena řadící vidlicí slouží k zařazení dvou rychlostních stupňů. (Vlk, 2006) Kulisové řadící ústrojí (viz. obrázek č. 3) Obrázek č. 3 Kulisové řadící ústrojí: 1 řadící páka, 2 kulový kloub, 3 řadící palec, 4 řadící tyč ( Kulové řadící ústrojí (viz. obrázek č. 4) Obrázek č. 4 Kulové řadící ústrojí: 1 řadící tyč, 2 řadící palec, 3 řadící tyč ( 16

17 Řadící páka umístěna mimo skříň převodovky (Vnější řazení) U vozidel, kde není převodovka uložena přímo pod řadící pákou, ale je uložena v určité vzdálenosti od řadící páky vozidla, např. vozidla s motorem uloženým vzadu, nebo s pohonem přední nápravy. Řadící páka vozidla je spojena s řadícím palcem převodovky pomocí odloučené řadící soustavy, která přeměňuje pohyby řadící páky na ovládací pohyb a řadící pohyb řadícího palce. Podle vzdálenosti uložení převodovky ve vozidle od řadící páky a způsobu uložení převodovky se používají různé druhy provedení vnějšího řazení. (Vlk, 2006) Řadící ústrojí s otočným (spojovacím) hřídelem (viz. obrázek č. 5) U větší vzdálenost mezi převodovkou a řadící pákou vozidla, tj. u vozidla s motorem vzadu. Obrázek č. 5 Dálkové mechanické ovládání převodovky pomocí otočného (spojovacího) hřídele (Vlk, 2006) Řadící ústrojí obsahující soustavu táhel a pák (viz. obrázek č. 6) U kratších vzdáleností mezi převodovkou a řadící pákou vozidla, tj. u vozidla s motorem vpředu a pohonem přední nápravy. 17

18 Obrázek č. 6 Dálkové mechanické ovládání převodovky pomocí táhel a pák: 1 řadící vidlice pátého stupně, 2 aretace řadícího hřídele, 3 blokování pátého stupně, 4 - spojovací táhlo, 5 volící táhlo přední, 6 volící táhlo zadní, 7 volící páka, 8 páka, 9 uložení řadící tyče, 10 držák uložení, 11 těleso uložení řadící páky, 12 doraz pátého stupně, 13 doraz prvního a druhého stupně (Vlk, 2006) Lankové řadící ústrojí (viz. obrázek č. 7) V současnosti nejpoužívanější provedení řadícího ústrojí u manuálních převodovek. Obrázek č. 7 Dálkové ovládání převodovky pomocí dvou lanovodů (Jan a Žďánský, 2006) 18

19 3.2 Synchronizační systémy převodovek s čelními ozubenými koly Synchronizační systémy popsané v této kapitole se používají pouze u mechanických převodovek s čelními ozubenými koly, tj. u převodovek, kde má každý rychlostní stupeň své vlastní čelní soukolí ozubených kol s vnějším ozubením, hnací kolo je spojeno s hnací hřídelí převodovky a hnané kolo s hnanou hřídelí převodovky a řazení rychlostního stupně probíhá vzájemným spojením ozubených elementů zajišťující přenos točivého momentu. Mechanické převodovky s čelními ozubenými koly se používají jak u klasických manuálních převodovek, tak u sekvenčních převodovek, dále u dvoutokých převodovek řazených pod zatížením a polosamočinných převodovek. Synchronizační systém převodovek slouží k vyrovnáni (synchronizaci) otáček (obvodových rychlostí) řazených ozubených elementů před jejich vzájemným spojením, tím se zajití tiché a bezpečné řazení rychlostních stupňů. Vlivem synchronizace dojde při řazení na vyšší rychlostní stupeň k brzdění jeho ozubeného kola a při řazení na nižší rychlostní stupeň dojde k urychlení ozubeného kola řazeného stupně. Všechny současné synchronizační systémy osobních automobilů obsahují clonící (synchronizační) kroužek a řazení rychlostních stupňů se provádí po vyrovnání otáček hnací a hnané části přesunutím řadící objímky jištěné synchronizace s vnitřním ozubením na vnější unášecí ozubení volně uloženého ozubeného kola řazeného rychlostního stupně a dojde k jeho pevnému spojení s hřídelí převodovky, tím je zajištěn přenos točivého momentu. U synchronizačních systémů má ozubení řadící objímky, synchronizačního (clonícího) kroužku a unášecího ozubení zešikmené boční hrany zubů pro usnadnění vzájemného spojení. Synchronizace je u dnešních převodovek použita pro všechny rychlostní stupně, kromě zpětného chodu, který se řadí u stojícího vozidla. (Vlk, 2006) Jištěná Synchronizace s blokovacím kroužkem (viz. obrázek č. 8) Charakteristickým prvkem synchronizace jsou tři přítlačná jistící tělíska nebo-li kameny synchronizační spojky, ty mohou být podle konstrukčního provedení uloženy buď na vinuté pružině (systém Borg Warner), nebo na dvou pružných kroužkách. 19

20 Konstrukce spojky (viz. obrázek č. 8): Obrázek č. 8 Jištěná synchronizace se synchronizačním (blokovacím) kroužkem (Jan a Žďánský, 2006) Princip činnosti: Klidová poloha (viz. obrázek č. 9): V klidové poloze, při níž nedochází k řazení rychlostního stupně je řadící objímka svým vnitřním ozubením jen na vnějším ozubení jádra spojky a clonící (synchronizační) kroužek není tlačen jistícími tělísky (kameny) po třecí kuželové ploše ozubené převodového kolo k jeho unášecímu ozubení a nedochází tedy ke vzájemnému styku a tření mezi kroužkem a ozubeným kolem rychlostního stupně. Tři vybrání v clonícím kroužku, do kterého zapadají jistící tělíska, zabraňují pootočení kroužku vůči těmto tělískům a tedy i vůči jádru spojky. Obrázek č. 9 Klidová poloha (Jan a Žďánský, 2006) 20

21 Jištění a synchronizace (viz. obrázek č. 10): V tomto okamžiku, kdy chceme zařadit odpovídající rychlostní stupeň, dojde řadící vidlicí k posunutí řadící objímky směrem k ozubenému kolu řazeného rychlostního stupně, společně s objímkou se posunují i jistící tělíska. Tělíska tlačí svou čelní plochou clonící kroužek po kuželové třecí ploše k unášecímu ozubení ozubeného kola daného převodu. Vlivem rozdílných otáček clonícího kroužku a ozubeného převodového kola vzniká třecí (brzdný) moment, který unáší clonící kroužek, tak že se kroužek pootočí a přítlačné kameny dosednou svou boční plochou na vybrání v clonícího kroužku a zabrání tak jeho dalšímu pootočení vůči jádru spojky. Nyní leží vnější ozubení clonícího kroužku proti vnitřnímu ozubení řadící objímky a tím je zabráněno k dalšímu posunu objímky směrem na unášecí ozubení ozubeného kola řazeného rychlostního stupně. Pokračujícím pohybem řadící objímky směrem k ozubenému převodovému kolu dojde k přetlačení pružných kroužků (nebo vinutých pružin u systému Borg Warner) a tělíska se zatlačí do synchronizačního jádra řadící spojky. Boky zkoseného ozubení řadící objímky a clonícího kroužku ne sebe dosednou, čímž se může převést větší přítlačná síla na třecí kužele. Třením mezi třecími plochami clonícího kroužku a ozubeného převodového kola dochází k vyrovnávání vzájemných otáček (obvodových rychlostí), urychlováním nebo brzděním ozubeného kola řazeného stupně, objímky i převodového hřídele. Obrázek č. 10 Jištění a synchronizace (Jan a Žďánský, 2006) Zařazení rychlostního stupně (viz. obrázek č. 11): Po vyrovnání otáček synchronizačního zařízení (řadící objímky) a ozubeného kola řazeného rychlostního stupně, již nepůsobí na clonící kroužek obvodová síla a dojde k jeho zpětnému pootočení do základní polohy. Vnější ozubení clonícího kroužku leží ve stejné poloze jako vnější unášecí ozubení a již nebrání posunu řadící objímky s vnitřním ozubením směrem k ozubenému 21

22 převodovému kolu. Následně dojde k posunu objímky na unášecí ozubení ozubeného převodového kola a k zasunutí jejího vnitřního ozubení do vnějšího unášecího ozubení. Vytvoří se pevné spojení mezi převodovým hřídelem a daným ozubeným převodovým kolem, tím dojde k zařazení rychlostního stupně a zajistí se přenos točivého momentu přes toto ozubené kolo. (Jan a Žďánský, 2006) Obrázek č. 11 Zařazení rychlostního stupně (Jan a Žďánský, 2006) Dvojitá (trojkuželová) synchronizace VW (viz. obrázek č. 12) U této synchronizace, používané automobilkou VW, je dosaženo přibližně dvojnásobku třecí plochy při zachování axiálního rozměru spojky. Pomocí větší třecí plochy dojde k rychlejší synchronizaci otáček a sníží se i ovládací síla potřebná k řazení rychlostních stupňů. Jak je uvedeno na obrázku č. 12, spojka se skládá z tří třecích kroužků v podobě vnitřního a vnějšího synchronizačního kroužku rozdílných průměrů a mezi nimi vloženého vnějšího prstence. Všechny třecí kroužky mají kuželovou třecí plochu a jsou axiálně posuvné. Vnější prstenec je pevně spojen s ozubeným kolem převodového stupně pomocí svých výstupků, které zapadají do drážek v daným ozubeným kole. Vnitřní synchronizační kroužek je pevně spojen s vnějším synchronizačním kroužkem prostřednictvím svých výstupků zapadajících do drážek v vnitřním obvodu vnějšího synchronizačního kroužku. Vnitřní a vnější synchronizační kroužek se otáčí stejnými otáčky jako řadící objímka spojky. Dále je řadící spojka tvořena řadící objímkou se synchronizační vložkou a jádrem spojky. Jako u všech systémů synchronizace i zde je ozubené kolo rychlostního stupně opatřeno unášecím ozubením. 22

23 Tato synchronizace je výrobně nákladnější a používá se především u nejvíc namáhaných převodových stupňů, což jsou zpravidla první a druhý rychlostní stupeň, kde je největší rozdíl otáček synchronizovaných součástí. Obrázek č. 12 Dvojitá (Trojkuželová) synchronizace VW: K spojkové tělese, S dva synchronizační kroužky, R vložený kroužek (Vlk, 2006) Princip činnosti: Při řazení rychlostního stupně dojde k posunu řadící objímky směrem k ozubenému kolu rychlostního stupně, tím dojde ve stejném směru pomocí jistících tělísek k axiálního posunu vnějšího synchronizačního kroužku. Vnější synchronizační kroužek svým axiálním posuvem nabíhá na kuželovou třecí plochu vnějšího prstence a dojde tak i k jeho axiálnímu posunu směrem k ozubenému převodovému kolu. Posunutý vnější prstenec nabíhá na třecí plochu vnitřního synchronizačního kroužku, dochází k tření mezi všemi částmi spojky a k synchronizaci otáček. Přesunutí řadící objímky spojky, tedy zařazení rychlostního stupně, před vzájemnou synchronizací (vyrovnání) otáček řadící spojky a ozubeného kola řazeného rychlostního stupně zde brání, stejně jako u jištěné synchronizace s jedním třecím kroužkem, jistící tělíska spojky. (AUTOEXPERT, 2007) Vnější synchronizace Mercedes-Benz (viz. obrázek č. 13) Hlavní rozdíl od předešlých synchronizačních systémů je ten, že třecí kužel spojky je většího průměru, než synchronizační ozubení spojky. Výhoda této konstrukce spočívá ve větším průměru třecí plochy, což umožní rychlejší synchronizaci otáček, čímž se sníží potřebná ovládací síla pro zařazení rychlostního stupně. 23

24 Konstrukce: Konstrukční provedení spojky je znázorněno na obrázku č. 13. Synchronizační kroužek je opatřen vnější třecí kuželovou plochou a vnitřním synchronizačním (clonícím) ozubením, které je v základní poloze ve stálém záběru s unášecím ozubením ozubeného převodového kola. V základní poloze je synchronizační kroužek udržován prstencovou pružinou, která umožňuje jeho axiální posun. Řadící objímka je opatřena vnitřním třecím kuželem a svým vnitřním ozubením je suvně uložena na vnějším ozubení jádra spojky, které je uloženo v drážkách hřídele převodovky. Obrázek č. 13 Jištěná synchronizace systém Mercedes-Benz: 1 clonící kroužek, 2 volné ozubené kolo, 3 pružný kroužek, 4 řadící objímka, 5 synchronizační těleso (Vlk, 2003) Princip činnosti: V klidové poloze, kdy nedochází k řazení daného rychlostního stupně, leží řadící objímka pouze na vnějším ozubení jádra spojky. Řadící objímka není svojí vnitřní kuželovou třecí plochou ve styku s vnější kuželovou třecí plochou synchronizačního kroužku, tudíž nedochází ke tření a řadící objímka není v záběru s unášecím ozubením ozubeného kola rychlostního stupně. Při řazení rychlostního stupně dojde k posunu řadící objímky směrem k ozubenému kolu řazeného rychlostního stupně. V důsledku posunu řadící objímky dojde k náběhu její vnitřní třecí plochy na vnější třecí plochu synchronizačního kroužku. Vznikne brzdný 24

25 moment, který mírně pootočí synchronizační kroužek o vůli, která je mezi zuby jeho synchronizačního ozubení a zuby unášecího ozubení ozubeného převodového kola, boky zubů se o sebe zapřou. Tak dojde k blokaci zařazení řadící objímky do unášecího ozubení. Po vyrovnání otáček se přítlačnou silou synchronizační kroužek pootočí zpět do středové polohy, řadící objímka posune synchronizační kroužek dále po unášecím ozubení směrem k ozubenému kolu řazeného rychlostního stupně a objímka se může volně svým vnitřním ozubením zasunout do vnějšího unášecího ozubení ozubeného kola řazeného převodu. Přesunutím řadící objímky směrem k ozubenému kolu řazeného rychlostního stupně dojde k pevnému spojení řadící spojky, tedy hřídele převodovky, a ozubeného kola daného převodu. Tím je zařazen rychlostní stupeň a zajištěn přenos točivého momentu. Po vyřazení rychlostního stupně je synchronizační kroužek spojky vytlačován prstencovou pružinou zpět do své základní polohy. (AUTOEXPERT, 2007) Blokovací synchronizace Porsche se servoúčinkem (viz. obrázek č. 14) Synchronizační systém automobilky Porsche se svým konstrukčním provedením výrazně liší od ostatních uvedených synchronizačních systémů. Zvláštnosti systému je, že synchronizační kužel je zde proveden rozříznutým prstencem. Při řazení se využívá servoúčinku, podobně jako při využití třecí síly náběžné čelisti u brzd se zakotvenými čelistmi k většímu přitlačování čelisti úběžné. Tření, zajišťující synchronizaci otáček řadící spojky a ozubeného převodového kola, se uskutečňuje mezi vnější plochou pružného rozříznutého prstence a vnitřním ozubením řadící objímky. Samotné zařazení rychlostního stupně se provede převlečením řadící objímky spojky přes rozříznutý prstenec na unášecí ozubení ozubeného převodového kola. Umožní to radiální vůle na vnitřním poloměru prstence, který má dostatečně široký výřez pro unášecí výstupek kamenu (tělíska) spojky. Nepatrné vybrání uprostřed vnitřního ozubení řadící objímky zajišťuje díky pružnosti rozříznutého prstence, který do tohoto vybrání po zařazení zapadne, aretaci zařazeného rychlostního stupně. Předností této synchronizace jsou malé rozměry, nízká hmotnost a velmi rychlé řazení, tj. jednoduchost a vysoká účinnost. 25

26 Obrázek č. 14 Blokovací synchronizace Porsche se servoúčinkem: a) řez systémem: 1 vodící objímka, 2 řadící objímka, 4 synchronizační kroužek, 5 kámen, 6 - blokovací vzpěry, 7 doraz, 8 těleso spojky, 9 ozubená kola, 10 hnací hřídel, b) řazení při neotáčejícím se ozubeném kole, c) účinek zajišťovacího systému, S směr otáčení synchronizačního kroužku, vlevo řazení na nižší rychlostní stupeň, vpravo řazení na vyšší rychlostní stupeň, d) průběh synchronizace (Vlk, 2006) Princip činnosti: Při řazení rychlostního stupně dojde k posunu řadící objímky směrem k ozubenému převodovému kolu. Vlivem tohoto posunu se dotkne vnitřní ozubení objímky vnější třecí plochy rozříznutého prstence, ten zde zastává funkci synchronizačního kroužku s clonícím ozubením. Vznikne tak třecí moment, tím dojde k pootočení prstence spojky, který se přitom opře jednou rozříznutou stranou o boční hranu výstupku kamene. Pružný prstenec tlačí na výstupek kamene ve své mezeře, tento kámen, vlivem jeho posunu, přitlačuje uvnitř prstence blokovací vzpěru (pásek) na vnitřní třecí plochu prstence a tím se snaží prstenec rozevřít. Blokovací vzpěra navíc dosedá na doraz sloužící jako opěra, jenž se zapře v drážce tělesa spojka. Doraz se díky své skosené boční hraně posouvá v drážce tělesa spojky směrem k vnitřní ploše prstence, na ten začíná tlačit a tím se snaží prstenec rozevírat. Snaha pružného prstence se rozevírat je v rozporu se stlačováním prstence řadící objímkou. Tak vznikne velká přítlačná síla na třecí plochy a tím dochází k synchronizaci otáček řadící spojky a ozubeného kola řazeného rychlostního stupně. V tomto okamžiku, kdy vzniká velká třecí síla mezi řadící objímkou a pružným krouž- 26

27 kem, je zamezeno dalšímu posunutí objímky směrem k ozubenému převodovému kolu a tedy zařazení rychlostního stupně. Po synchronizaci otáček řadící spojky a ozubeného kola rychlostního stupně zanikne třecí moment. Prstenec se vrátí do základní polohy, přestane klást odpor proti stlačení objímkou, dojde k jeho stlačení a k posunu řadící objímky směrem k ozubenému kolu řazeného rychlostního stupně. Konečné zasunutí vnitřního ozubení řadící objímky do vnějšího unášecího ozubení převodového kola a tím zařazení rychlostního stupně proběhne velice malou silou rovnající se řazení za klidu. (AUTOEXPERT, 2007) 3.3 Dvoutoké (dvouspojkové) převodovky řazené pod zatížením Jedná se o dvoupedálové ovládání vozidla (plyn a brzda) bez nutnosti ubrání plynu. Řazení probíhá bez přerušení přenosu točivého momentu tj. pod zatížením. Používá se hlavně u přeplňovaných motorů (turbomotory). Vlastnosti: Výhody o Účinnost převodovky se velmi blíží klasické manuální převodovce, je tedy větší než u samočinných převodovek. o Není třeba použití hydrodynamického měniče točivého momentu, který je díky svému prokluzu zdrojem ztrát. o Spotřeba paliva se blíží na hodnotu moderních manuálních převodovek, je tedy menší než u samočinných převodovek. o Zaručen komfort ovládání vozidla při řazení rychlostních stupňů, díky dvoupedálovému ovládání. o Velmi rychlé přeřazení rychlostních stupňů. Nevýhody o Vysoké výrobní náklady a tím i cena převodovky. o Složitá konstrukce a velké náklady na údržbu. (Vlk, 2006) 27

28 3.3.1 Dvoutoká převodovka DSG V roce 2002 představila a zavedla automobilka VW na trh převodovku označenou DSG, která umožňuje řadit rychlostní stupně pod zatížením. Převodovku DSG může řidič manuálně ovládat prostřednictvím řadící páky na středovém tunelu nebo pomocí řadících páček pod volantem, je zde použito elektrohydraulické řadící ústrojí. Řidič může také zvolit samočinný režim řazení rychlostních stupňů a to buď běžný režim D nebo sportovní režim S. Při sportovním režimu převodovka přeřazuje na vyšší rychlostní stupeň při vyšších otáčkách a na nižší rychlostní stupeň podřezuje rychleji pro zachování vysokých otáček motoru. Používá se výhradně jen u motoru uloženého napříč. Konstrukce: Na obrázku č. 15 je znázorněno konstrukční provedení šestistupňové převodovky DSG. Převodovka se skládá z automaticky ovládané rozjezdové spojky a z dvou řadících vícelamelových (mokrých) spojek ovládající řazení mechanické synchronizované převodovky s čelními ozubenými koly. Rychlostní stupně mechanické převodovky jsou rozděleny na dvě řadící řady, na sudé rychlostní stupně a liché rychlostní stupně se zpětných chodem. Každá řada rychlostních stupňů má svůj vlastní vstupní hřídel ovládán vícelamelovou řadící spojku, která ovládá řazení odpovídající rychlostní řady. Převodovka zároveň obsahuje dva výstupní hřídele, ale ozubený kola rychlostních stupňů, které jsou na jednotlivých výstupních hřídelí umístěny, nejsou už z hlediska konstrukce rozděleny na sudé a liché. Řadící spojky jsou ovládány elektrohydraulicky pomocí signálů od řídící jednotky vozidla, která sbírá data od snímačů charakterizující jízdní vlastnosti vozidla. Konstrukční provedení vstupních hřídelů rychlostních řad je takové, že jeden z vstupních hřídelů je dutý a druhý vstupní hřídel jim prochází, tím se dosáhne minimálních vnějších rozměrů. Volně uložená ozubená kola rychlostních stupňů jsou ve stálém záběru a jejich řazení je provedeno synchronizační spojkou s řadící objímkou, která je ovládána řadící vidlicí. Výstupní hřídele obou rychlostních řad jsou opatřeny ozubeným stálým soukolím, které zajišťuje výstup točivého momentu na rozvodovku. Princip činnosti: Samotné řazení rychlostních stupňů probíhá tak, že při zařazeném prvním rychlostním stupni, znázorněné na obrázku č. 15, je sepnuta vícelamelová spojka (S1) určena pro 28

29 tuto řadu rychlostních stupňů a točivý moment prochází přes sepnutý vstupní hřídel lichých stupňů. V tomto okamžiku je již předběžně zařazený druhý rychlostní stupeň uložený na vstupní hřídeli druhé rychlostní řady, tedy řady sudých stupňů, ale při rozepnuté řadící vícelamelové spojce (S2) tohoto vstupního hřídele. Při řazení na druhý rychlostní stupeň je řadící spojka (S1) liché řady automaticky vyřazena z činnosti (vypnuta) a současně dojde k sepnutí řadící spojky (S2) sudé řady rychlostních stupňů a točivý moment motoru proudí přes předem zařazený druhý rychlostní stupeň, tedy přes vstupní hřídel sudé řady převodových stupňů. V tomto momentě převodovka automaticky zařadí rychlostní stupeň, znázorněné na obrázku č. 16, na odpojené vstupní hřídeli liché řady, aby byl nachystaný pro následované přeřazení rychlostních stupňů. Takto dochází k řazení každého rychlostního stupně, ať při zrychlování nebo zpomalování (podřazování) vozidla. Při řazení rychlostního stupně nevznikají časové prodlevy, přeřazení rychlostních stupňů trvá jen několik setin sekund (přibližně tři až čtyři setiny sekundy) a dojde k okamžitému přenosu točivého momentu motoru, bez jeho přerušení. Přeřazení rychlostního stupně probíhá vždy z jedné rychlostní řady na druhou, tj. že například při podřazování z pátého rychlostního stupně na třetí rychlostní stupně proběhne rychlé zařazení a vyřazení čtvrtého rychlostního stupně. Inteligentní řadící systém pomocí signálů od snímačů charakterizující činnost vozidla rozpozná, na jaký rychlostní stupeň bude chtít řidič řadit. (Vlk, 2006) Obrázek č. 15 DSG: Zařazený první rychlostní stupeň, předřazený druhý stupeň (Vlk, 2006) 29

30 Obrázek č. 16 DSG: Zařazený druhý rychlostní stupeň, předřazený třetí stupeň (Vlk, 2006) Dvoutoká převodovka PDK Převodovka řazená pod zatížením od automobilky Porsche pracuje na stejném principu činnosti jako převodovka DSG, ale oproti DSG má pouze jeden výstupní hřídel, konstrukční provedení je znázorněné na obrázku č. 17. (Vlk, 2006) Obrázek č. 17 Schéma dvoutoké PDK převodovky řazené pod zatížením (Vlk, 2006) 3.4 Polosamočinné převodovky Řazení jednotlivých rychlostních stupňů probíhá ručně pouze ovládáním řadící páky nebo řadících páček pod volantem, jedná se o dvoupedálové ovládání vozidla, tedy bez spojkového pedálu, ten je nahrazen automatickým zařízením. Patří sem manuální převodovka, u které je použito elektropneumatické nebo elektrohydraulické řadící ústrojí. Dá se tedy říct, že se jedná o skupinu samočinných převodovek se selektivním řazením převodových stupňů. 30

31 Konstrukce: Základ polosamočinné převodovky, jak je znázorněno na obrázku č. 18, tvoří hydrodynamický měnič točivého momentu a mechanická synchronizovaná stupňová převodovka s čelními ozubenými koly. Za hydrodynamickým měničem je umístěna automaticky ovládána řadící jednokotoučová spojka. Vypnutí řadící spojky je ovládáno elektronickým signálem od snímače polohy řadící páky, který zaznamená pohyb řadící páky při řazení rychlostního stupně a dá signál řídící jednotce pro vypnutí řadící spojky. Dále může být před hydrodynamickým měničem točivého momentu umístěna blokovací spojka, která umožňuje mechanické přemostění hydrodynamického měniče točivého momentu při delší jízdě při vysokých otáčkách. Řízení blokovací spojky je automatické. Spínačem kick-down, jehož sepnutí je ovládáno prudkým sešlápnutím akceleračním (plynovým) pedálem až na podlahu vozidla, může být hydrodynamický měnič kdykoliv opět zapnut, např. při předjíždění nebo jízdě do svahu. Obrázek č. 18 Názorné schéma třístupňové polosamočinné převodovky: 1 třetí rychlostní stupeň, 2 druhý stupeň, 3 první stupeň, 4 zpětný chod, 5 rozvodovka, 6 čerpadlo, 7 reaktor, 8 turbína, 9 řadící spojka (Vlk, 2006) Charakteristika polosamočinné převodovky: Automatické plynulé zapínání spojky při rozjezdu vozidla. Rychlé vypnutí spojky při poklesu na volnoběžné otáčky motoru. Přerušení přenosu momentu mezi motorem a převodovkou při řazením převodových stupňů, nejsou-li řazeny pod zatížením. Při vypnuté spojce během řazení převodových stupňů nesmí stoupnout otáčky motoru. Umožnění zajištění stojícího vozidla. (Vlk, 2006) 31

32 3.5 Sekvenční převodovky Základ tvoří synchronizovaná mechanická stupňová převodovka s čelními ozubenými koly a samočinně ovládaná třecí kotoučová spojka, není zde použit hydrodynamický měnič točivého momentu. Ruční řazení rychlostních stupňů probíhá bez použití spojkového pedálu, jedná se tedy o dvoupedálové ovládání vozidla. Dá se i říct, že se jedná o druh polosamočinných převodovek. Rychlostní stupně se neřadí v klasickém schématu H, ale postupně v řadě za sebou přímím pohybem řadící páky, jak je uvedeno na obrázku č. 19, nebo kolébkovými spínači na volantu. Její použití je především u sportovních automobilů. Řadící ústrojí rychlostních stupňů může být různého konstrukčního provedení hydraulického nebo elektronického typu. U všech v současnosti používaných druhů sekvenčních převodovek je možno volit mezi manuálním režimem jízdy s přímým řazením rychlostních stupňů a samočinným režimem převodovky. Obrázek č. 19 Schéma řazení sekvenční převodovky (Vlk, 2006) Vlastnosti: Výhody o Vysoká účinnost, nízká hmotnost a levná výroba ve srovnání se samočinnými převodovkami. o Komfort jízdy, díky dvoupedálovému ovládání řazení rychlostních stupňů. o Nižší spotřeba paliva, umožněním manuálního řazení, oproti samočinným převodovkám. o Snadnější řazení rychlostních stupňů než u klasického manuálního H systému. Výhody o Velmi drahá, u běžného použití pro osobní automobily se nepoužívá. Sekvenční převodovka Alfa Romeo Selespeed (viz. obrázek č. 20): 32

33 Jeden z mnoha používaných provedení sekvenční převodovky u osobních automobilů. Jedná se o pětistupňovou převodovku se sekvenčním, elektrohydraulickým řazením rychlostních stupňů. Všechny rychlostní stupně lze řadit bez použití spojkového pedálu, buď tlačítky na tříramenném volantu, jak je znázorněno na obrázek č., nebo řadící pákou sekvenčního řazení umístěnou klasicky na středovém tunelu, obrázek č.. Tlačítko CITY, umístěné vlevo nahoře na panelu s řadící pákou umožňuje přepnutí na plně samočinný režim převodovky. Při řazení v obou režimech není nutno uvolňovat akcelerační pedál, řídící jednotka automaticky při řazení snižuje otáčky motoru. Převodovka si při brzdění sama s meziplynem podřazuje. Nevýhodou jsou relativně vysoké výrobní náklady. (Vlk, 2006) Obrázek č. 20 Automatizovaná převodovka Selespeed (Alfa Romeo): 1 elektronická řídící jednotka systému řazení, 2 elektronické ovládání škrtící klapky, 3 - elektronický rozdělovač (propojení s řídící jednotkou motoru), 4 displej zobrazující zařazený rychlostní stupeň, popř. režim řazení, 5- řadící páka sekvenčního řazení, 6 tlačítko CITY aktivující samočinné řazení, 7 potenciometr snímání polohy akceleračního pedálu, 8 snímač brzdového pedálu (Vlk, 2006) 3.6 Planetové převody 33

34 Umožňují plynulé řazení rychlostních stupňů i pod zatížením, tedy bez přerušení přenosu točivého momentu, proto se používají v samočinných převodovkách, kde pracují s hydrodynamickým měničem točivého momentu nebo s hydrodynamickou spojkou a z hlediska toku točivého momentu jsou umístěny za těmito pracovními částmi samočinné převodovky. Nevýhodou u planetových převodů je příliš velký skok mezi prvním a druhým rychlostním stupněm, kterou nelze změnit. Hlavní části planetového převodu (viz. obrázek č. 21): Korunové kolo s vnitřním ozubením Centrální (planetové) kolo v vnějším ozubením Satelity s vnějším ozubením Unášeč satelitů Princip činnosti planetového převodu (viz. obrázek č. 21): Základním typem planetové převodovky je jednoduché planetové soukolí, které umožňuje čtyři rychlosti vpřed a zpětný chod. Obrázek č. 21 Princip činnosti planetového převodu se čtyřmi stupni vpřed a jedním zpětným stupněm: K korunové kolo, S satelit, C centrální (planetové) kolo, U unášeč satelitů (Vlk, 2006) 34

35 Když vždy jedna část planetového převodu stojí a tudíž je brzděna a neotáčí se, tak se jedná o jednoduchý (obyčejný) převod. Pokud se pohybují všechny části planetového převodu, jde o diferenciální planetový převod. Řazení jednotlivých převodových stupňů probíhá brzděním (blokováním) jednotlivých částí planetového převodu. Řadící prvky (elementy) planetového převodu: 1. Pásová brzda Ovládaná hydraulickým tlakem oleje, který svým působením ovládá malý a velký píst pásové brzdy, tím dochází k brzdění nebo k uvolnění určité části planetového soukolí, s kterou je brzda spojena. Její přednost je velká momentová kapacita i malé nároky na prostor. Nevýhoda je přenos brzdného momentu na rám převodovky a tím přenášení radiálního zatížení do hřídelí a i ložisek. 2. Lamelová brzda Je ovládána hydraulickým tlakem oleje, který se přivádí do neotáčejícího se hydraulického válce brzdy, v kterém jsou umístěny třecí lamely s axiálním posunem. Hydraulický tlak přitlačí k sobě třecí lamely a tím sepne brzdu a dojde k blokování části planetového převodu, která je s ní spojena. Její výhoda je menší namáhání převodových hřídelí a ložisek, protože nepřenáší radiální síly vzniklé při brzdění na rám převodovky. 3. Lamelová spojka Slouží k spojení dvou členů planetového soukolí, popřípadě slouží k blokování hydrodynamického měniče točivého momentu. Síla potřebná pro spojení hnací a hnané části spojky je vyvozena hydraulickým tlakem oleje působícího na přítlačné písty spojky. Zvýšením tlaku oleje na přítlačné písty spojky se zajistí spojení hnací a hnané části prostřednictvím lamel spojky a tím dojde k zapojení do pracovní činnosti určité části planetové převodovky spojenou s lamelovou spojkou. Přítlačné písty jak v základní poleze, tak jejich vratný pohyb zajišťuje vratná pružina spojky. 35

36 4. Volnoběžná spojka Přenáší pohyb a točivý moment jen v jednom smyslu otáčení, využívá se přenos silovým stykem. Tělíska ve tvaru válečku nebo článku, obíhající v kleci, se vzepřou ve vhodně tvarovaném prostoru mezi hnací a hnaný člen spojky a tím dojde k přenosu pohybu a točivého momentu. V protiběžném smyslu otáčení dojde k vzájemnému protočení hnací a hnané části volnoběžné spojky a točivý moment se nepřenáší. Umožňuje přerušení přenosu točivého momentu samočinně, jestliže hnaná část má vyšší otáčky než část hnací. Přenos točivého momentu z hnací na hnanou část záleží na konstrukčním provedení volnoběžné spojky, je použití se stojícím vnějším kroužkem a rotujícím vnitřním kroužkem a nebo se stojícím vnitřním kroužkem a rotujícím vnějším kroužkem. Zlepší kvalitu řazení převodových stupňů, neboť eliminuje problémy vyrovnání rychlostí mezi spojovanými třecími prvky. Hlavní výhodou jsou malé rozměry, při kterých lze přenést značně velký moment, dále nepotřebuje žádný vnější ovládací prvek k jejímu ovládání, v zatíženém stavu nepřenáší axiální síly do převodovky a dobře snáší občasná přetížení. Používá se i v hydrodynamickém měniči točivého momentu a u vozidel pohonu 4 4 jako člen k zachování směrové stability při brzdění vozidla. (Vlk, 2006) Planetové soukolí Planetové převody se mohou řadit za sebou, vzájemně se spojovat a vytvářet tak složená planetová soukolí, používaná u samočinných převodovek, sem patří dnes nejpoužívanější planetová soukolí Simpson (obrázek č. 21) a Ravigneaux (obrázek č. 22), ty mají tři stupně pro jízdu vpřed a jeden zpětný chod. Princip činnosti soukolí Simpson (viz. obrázek č. 22): První stupeň: Zapnutá dopředná spojka (4). Točivý moment jde z hnacího hřídele (1) přes unášeč (6) na hnaný hřídel přes centrální kolo (12) při brzděném unášeči zpětného chodu (9). Druhý stupeň: Uzavřena dopředná spojka (4). Točivý moment jde z hnacího hřídele (1) přes unášeč (6) na hnaný hřídel (2) při brzděném centrálním kole (12). 36

37 Třetí stupeň (přímý záběr): Uzavřená dopředná spojka (4). Točivý moment jde z hnacího hřídele (1) přes korunové kolo (11) a přes spojku (5) centrálního kola (12) na unášeč (6), který natáčí hnaný hřídel (2). Planetové soukolí obíhá jako jeden blok. Zpětný chod: Zapnutá spojka (5) centrálního kola (12). Točivý moment jde z hnací hřídele (1) přes korunové kolo (7) na hnaný hřídel (2), při brzděném unášeči (9). Obrázek č. 22 Konstrukce a činnost planetového soukolí Simpson: 1 hnací (turbínový) hřídel, 2 hnaný (výstupní) hřídel, 3 spojkový zvon, 4 dopředná spojka, 5 spojka pro přímý záběr a zpětný chod, 6 unášeč satelitů, 7 korunové kolo pro zpětný chod, 8 volnoběžka, 9 unášeč zpětného chodu, 10 lamelová brzda pro první stupeň a zpětný chod, 11 korunové kolo, 12 centrální kolo, 13 brzda (Vlk, 2006) 37

38 Princip činnosti soukolí Ravigneaux (viz. obrázek č. 23): Obrázek č. 23 Konstrukce a činnost planetového soukolí Ravigneaux: 1 hnací hřídel, 2 volnoběžka, 3 přední centrální kolo, 4 vnitřní satelity, 5 vnější satelity, 6 - korunové kolo, 7 zadní centrální kolo, 8 unášeč satelitů, 9 výstupní hřídel, 10 pásová brzda, 11 - lamelová spojka centrálního kola, 12 lamelová spojka korunového kola, 13 lamelová brzda korunového kola (Vlk. 2006) Obě uvedená soukolí jsou u samočinných převodovek kombinovány s dalšími přidanými planetovými převody, buď za soukolí, nebo před něj, tím se zvýší rozsah samočinné převodovky na dnes běžně používaných pět, šest nebo sedm rychlostních stupňů. Planetové převody se dají dále kombinovat i na dosažení více rychlostních stupňů (Vlk, 2006). 3.7 Samočinné (automatické) převodovky (viz. obrázek č. 24) Jedná se o dvoupedálové ovládání vozidla bez nutnosti ubrání plynu při řazení rychlostního stupně, tj. řazení pod zatížením. Řazení jednotlivých rychlostních stupňů probíhá samočinně bez přerušení přenosu točivého momentu motoru. Změna převodu může být stupňová, používaná u současných osobních automobilů, jedná se o konvenční konstrukci samočinné převodovky nebo může být plynulá (bezstupňová) např. CVT, která je ve vývoji. Dále budu rozebírat problematiku jen stupňových samočinných převodovek, tj. konvenční konstrukce. 38

39 Řidič při běžném provozu pouze volí pracovní režim samočinné převodovky, zde dochází k automatickému řazení rychlostních stupňů bez nutnosti manuálního ovládání převodovky řidičem během řazení jednotlivých stupňů. Řidič musí mít i možnost zásahu do řazení, např. při požadovaném vysokém převodu tj. vysoký převodový poměr, který odpovídá nízkému rychlostnímu stupni, musí mít řidič pomocí řadící páky možnost manuálního zařazení na tento nejvýhodnější převodový stupeň, tedy na nízký rychlostní stupeň. Toho lze využít při brzdění motorem vozidla, předjíždění nebo při jízdě do svahu. V současnosti používané samočinné převodovky u osobních automobilů umožňují zpravidla manuálního zařazení provozních režimů, které odpovídají prvnímu, druhému nebo třetímu rychlostnímu stupni. Při těchto zařazených pracovních režimech nemůže převodovka samovolně řadit na vyšší rychlostní stupeň, než-li je řidičem pomocí řadící páky nastaven, i když jsou dosaženy vysoké otáčky motoru odpovídající řazení na vyšší rychlostní stupeň. Řídící jednotka hlídá, aby při těchto pracovních režimech nedošlo k nadměrnému zatížení motoru, vlivem vysokých otáček. Tyto pracovní režimy lze využít při brzdění vozidla motorem, předjíždění nebo při jízdě do svahu. Základní uspořádání konvenční samočinné převodovky (viz obrázek č. 24): Hydrodynamický měnič točivého momentu Blokovací (přemosťovací) spojka Planetové soukolí Řadící prvky (uvedeny v předešlé kapitole planetové převody) Volnoběžné spojky Řízení převodovky Hydraulický systém převodovky 39

40 Obrázek č. 24 Řez konvenční samočinnou převodovkou (Vlk, 2006) Vlastnosti: Výhody o Není nutno manuálního řazení jednotlivých stupňů a použití spojkového pedálu, což zajistí řidiči velký komfort při řízení vozidla, zvláště při pomalém městském provozu. Nevýhody o Vyšší spotřeba paliva oproti manuální převodovce, vlivem použití hydrodynamického měniče točivého momentu. o Složitá konstrukce převodovky. o Neumožnění takového sportovního požitku z jízdy jako u manuální převodovky. o Při sportovní jízdě dochází k větší spotřebě paliva, zejména starší samočinné převodovky řadí velmi pomalu, nesmyslně drží otáčky či odmítají podřadit. Samočinné převodovky musí splňovat následující požadavky: Blokování převodového ústrojí při parkování. Uvolnění uváznutého vozidla střídavým řazením dopředného a zpětného převodového stupně. 40

41 Nastartování motoru jen při neutrální nebo parkovací poloze řadící páky. Plynulý rozjezd vozidla. Plynulé řazení rychlostních stupňů. Při běhu naprázdno nesmí docházet k samovolnému pohybu vozidla. Při prudkém sešlápnutí pedálu akcelerátoru na podlahu zařazení nižšího rychlostního stupně umožňující vyšší akceleraci vozidla (systém kick-down). Okamžik zařazení příslušného rychlostního stupně musí být závislý od zatížení motoru a rychlosti vozidla. (Vlk, 2006) Hydrodynamický měnič točivého momentu (viz. obrázek č. 25) Používá se u samočinných převodovek pro plynulé násobení a přenos točivého momentu motoru. Jeho použitý je i u polosamočinných převodovek, kde musí být doplněn řadící spojkou a měnič se používá pouze pro rozjezd a akceleraci vozidla. Obrázek č. 25 Hydrodynamický měnič točivého momentu (Jan a Žďánský, 2006) Princip činnosti (viz. obrázek č. 26): Při rozjezdu vozidla a zvyšování otáček motoru dochází k pohybu kapaliny vlivem odstředivé síly mezi radiálními lopatkami čerpadlového kola, poháněného hřídelem od motoru, na vnější obvod kola, kde je její pohyb usměrňován a kapalina vstupuje na vnější obvod radiálně zakřivených lopatek turbínového kola, které je uloženo na vstupním hřídeli převodovky, ten svým pohybem pohání. Kapalina naráží na lopatky turbíno- 41

42 vého kola pod určitým úhlem a předává mu kinetickou energii, začne unášet turbínové kolo a to se plynule roztáčí a přenáší točivý moment do převodovky. Kapalina proudí z vnějšího k vnitřnímu obvodu turbínového kola a vlivem odrazem od lopatek turbínového kola vstupuje dále na zakřivené radiální lopatky reaktoru (rozváděcího kola) opět pod určitým úhlem a snaží se jim otáčet v opačném směru než je směr otáčení čerpadlového a turbínového kola. Proti opačnému smyslu otáčení reaktoru brání volnoběžka na který je reaktor uložen, tím vzniká reakční síla, působící na turbínové kolo a ta má za následek zvětšení (násobení) točivého momentu turbíny. Z Reaktoru vstupuje kapalina na vnitřní obvod čerpadlového kola a tím je celý cyklus proudění kapaliny v měniči uzavřen. Se zvyšujícími otáčky motoru se plynule zvětšuje i přenášený točivý moment motoru a rozdíl otáček mezi čerpadlovým a turbínovým kolem se zmenšuje až do maximální hodnoty poměru 1,1:1 (tj. otáčky čerpadla:otáčky turbíny). Ze zvyšujícími se otáčky turbínového kola a současným zmenšujícím rozdílem otáček mezi čerpadlem a turbínou se úhel pod kterým vstupuje kapalina na lopatky turbínového kola postupně mění a dochází k postupnému zmenšování násobení přenášeného točivého momentu motoru až do bodu kdy se turbína a tím i vstupní hřídel převodovky otáčí přibližně stejnými otáčky jako čerpadlo zmenšenými přibližně o 2% skluz. V tento moment vstupuje kapalina i na lopatky reaktoru pod jiným úhlem a rektor začíná unášet přibližně stejnými otáčky jako má turbínové kolo a to ve stejném smyslu otáčení jak čerpadlové a turbínové kolo. Reakční síla vytvářena reaktorem se přestane vytvářet a reaktor již nenásobí točivý moment turbíny. Při dalším zvyšování otáček motoru se měnič chová jako kapalinová spojka a už nedochází k násobení točivého momentu motoru. Všechny části (čerpadlové kolo, turbínové kolo a reaktor) hydrodynamického měniče točivého momentu se otáčí jako jeden celek a maximální účinnost měniče je 98%. Při rozjezdu vozidla je schopen hydrodynamický měnič zvětšit 1,5krát až 4,5krát točivý moment motoru. Hydrodynamický měnič točivého momentu je obvykle doplněn třecí (blokovací) spojkou, ovládána automaticky pomocí hydrauliky, která při zařazeném třetím nebo čtvrtém rychlostním stupni blokuje měnič vytvořením pevné vazby mezi výstupním hřídelem motoru a vstupním hřídelem převodovky, aby nedocházelo ke ztrátám vlivem skluzu v měniči, tím i k nadměrnému zahřívání měniče, a zvýšila se tak účinnost převodového ústrojí. Kapalinovou náplní hydrodynamického měniče točivého momentu je olej o dané viskozitě. 42

43 Obrázek č. 26 Proudění kapaliny v hydrodynamickém měniči točivého momentu při rozjezdu vozidla (Jan a Žďánský, 2006) Charakteristika hydrodynamického měniče točivého momentu (viz. obrázek č. 26): Obrázek č. 27 Charakteristika hydrodynamického měniče točivého momentu (Vlk, 2006) Vlastnosti: Výhody o Žádné mechanické opotřebení. o Plynulý rozjezd vozidla. o Samočinné a plynulé zvětšování (násobení) točivého momentu. o Motor nemůže při rozjezdu nebo přetížení zhasnout. o Malé rozměry. o Tichý chod (rázy a kmitání motoru tlumeny kapalinovou náplní). 43