Komponenty řemenových pohonů Technické informace

Transkript

1 Komponenty řemenových pohonů Technické informace

2 Obsah Strana 1. Řemenové pohony ve vozidlech Rozvodové systémy s ozubeným řemenem Pohony agregátů řemenovými systémy Napínací a vodicí kladky pro rozvody i pohony agregátů Diagnostika závad Servis 14 2

3 1. Řemenové pohony ve vozidlech Řemenové pohony ve vozidlech plní dva úkoly: Ovládání ventilů tedy pohon rozvodů přebírá ozubený řemen, který přenáší otáčky klikové hřídele plynule na otáčení vačkové(ých) hřídele(í) v převodovém poměru 2:1, a zajišťuje tak časově sladěnou vzájemnou vazbu mezi polohou a pohybem pístů a nastavením rozvodů. Druhým úkolem řemenových rozvodů je pohon přídavných agregátů jako jsou alternátor, čerpadlo chladicí kapaliny, čerpadlo posilovače řízení či kompresor klimatizace. Tyto úkoly dříve zajišťoval klínový řemen, který přenášel točivý moment z klikové hřídele na generátor a čerpadlo chladicí kapaliny. S tím, jak v nových vozidlech stále přibývá více a více elektroniky a komfortních systémů, nedostačuje již klínový řemen k pohonu výkonějších alternátorů a dalších agregátů, jako je kompresor klimatizace či čerpadlo posilovače řízení. Jako náhrada se začal používat plochý drážkový řemen, umožňující použít řemenice menších průměrů a dosáhnout tak větších převodových poměrů. Agregáty umístěné v malém prostoru je navíc možné pohánět pomocí obou stran (povrchů) řemenů. 3

4 1.1 Rozvodové systémy s ozubeným řemenem Ozubený řemen je konstruován z plastické hmoty, která je ve směru působení tažných sil zesílena skleněnými vlákny (dříve ocelovými dráty) a na vrchní straně kryta a zesílena polyamidovou tkaninou. Tepelně stálá mezivrstva zabezpečuje optimální kontakt těchto materiálů. Zuby jsou rovněž zesíleny polyamidy pro zvýšení odolnosti vůči opotřebení. Vzhledem k tomu, že ozubený řemen pracuje bez mazání, nemusí být jeho pracovní prostor na rozdíl od rozvodových řetězů směrem vně utěsněn. Z toho důvodu postačují jednoduché plastové kryty jako ochrana proti nečistotě a proti cizím tělesům. (1) Rozvodové kolo na klikové hřídeli (2) Napínací mechanismus ozubeného řemenu (3) Ozubený řemen (4) Rozvodová kola na vačkových hřídelích (5) Vodicí kladka (volitelná) (6) Čerpadlo chladicí kapaliny (volitelné) Vlastnosti pohonných soustav s ozubenými řemeny: Spojují klikovou hřídel s vačkovou hřídeli či hřídelemi spalovacího motoru. Mohou též pohánět vstřikovací čerpadlo či čerpadlo chladicí kapaliny. Pohánějí vyvažovací či vložené hřídelu. Mohou být uspořádány jako jeden řemen či jako soustava dvou či více řemenů. Výhody a přínos moderních systému s ozubenými řemeny: Vysoká přesnost časování rozvodů po celou dobu životnosti Vysoká životnost, provoz s minimem hluku Jednoduchá a nenáročná údržba a motáž Provoz za sucha, není potřebné žádné olejové mazání Kompaktní konstrukce Velmi nízké tření Vysoká účinnost 4

5 Napínací mechanizmus ozubeného řemenu Důležitým faktorem pro bezproblémový provoz je správné napnutí ozubeného řemenu. Toto napnutí musí zůstat po celou dobu životnosti řemenu stálé, aby zůstalo zachováno správné dosedání řemenu, neboť právě přeskočený zub rozvodů mění časování rozvodů, a může dojít zvláště u vznětových motorů k potkání se ventilů s pístem, a tím k poškození motoru. V průběhu dlouhého provozu se ozubený řemen mírně prodlužuje, jednak působením pulzujícího zatížení (natahování) a též změnami tepelných podmínek daných provozem motoru. Tímto dochází k mírnému posunu časování ve směru později, neboť dochází díky delšímu řemenu ke zpoždění vačkové hřídele za hřídelí klikovou. Provozem se měnící teplotní poměry vedou též k prodlužování a zkracování řemenu. Z toho důvodu mají napínací mechanizmy kladek nejnovější generace nastavovací rozsah, ve kterém tyto změny délky řemenu vyrovnávají. Niméně je potřebné při kontrolách motorů funkce napínacích kladek a napínacích mechanizmů kontrolovat a případně znovu nastavit. U napínáků ozubených řemenů rozlišujeme dvě základní provedení, a to provedení s ručním nastavením nebo automatické. U ručně nastavovaných napínacích systémů se výrobcem určené napnutí řemenu nastavuje při určené teplotě a následně kontroluje v předpsaných intervalech. Výhody ručně nastavovaných napínacích systémů: Jednoduchá a nenáročná údržba a montáž Kompaktní rozměry Nevýhody ručně nastavovaných napínacích systémů: Nekorigují změny vyplývající z kolísání teplot, změn zatížení motoru či stárnutím podmíněného prodloužení řemenu Automatické napínací systémy napínají ozubený řemen po montáži samovolně. Uvnitř umístěná sestava pružin zabezpečuje po celou dobu životnosti konstantní a na teplotě či zatížení co nejméně závislé napnutí řemenu. Další předností automatického napínáku je možnost tlumení vibrací a pulzací v řemenu, a to nezávisle na provozním stavu. Proto může být napnutí ozubeného řemenu udržováno na nižší úrovni, a může tak dojít ke zlepšení hlučnosti a životnosti. Provedení: Výhody automatických napínacích systémů: Automatické napínací systémy jsou vybavovány dodatečným integrovaným tlumením. Systémy: Napínají ozubený řemen při montáži, Vyrovnávají výrobní tolerance (průměry, umístění kladek, délku řemene), Udržují konstantní síly v řemeni (přes změny teploty, zatížení a stárnutí), Tlumí dynamické projevy co možná nejvíce nezávisle na provozním stavu, Zamezují přeskočení řemenu, Umožňují optimalizaci úrovně hluku, díky zlepšenému nastavování napínací síly působící na řemen, Zvyšují životnost celé soustavy Dvojitý excentr (A) odděluje dynamickou napínací funkci od vyrovnávání tolerancí a lze ho nastavit přesně podle dynamických požadavků řemenového pohonu. Jednoduchý excentr (B) zjednodušuje konstrukci napínacího systému na výrobní lince a odstraňuje nebezpečí chyb nastavení. A Dvojitý excentr (1) Zkrutná vinutá pružina (2) Nastavovací excentr (3) Základní deska (4) Kluzné ložisko (5) Nastavovací kotouč (6) Pracovní excentr (7) Napínací kladka B Jednoduchý excentr (1) Zkrutná vinutá pružina (2) Kluzné ložisko (3) Centrální čep (4) Základní deska (5) Excentr (6) Čelní kotouč (7) Napínací kladka 5

6 1.2 Pohony agregátů řemenovými systémy Systémy pohonu agregátů mohou být uspořádány jako jeden, dva či více jednotlivých pohonů, ale vždy se v principu jedná o serpentinové provedení. Pohon je realizován prostřednictvím řemenu s více klíny (f), tzv. plochého drážkového řemenu s profilem PK, jehož napnutí je nastaveno na potřebnou hodnotu pomocí mechanického či hydraulického napínacího systému (g). Požadované úhly opásání jednotlivých řemenic agregátů jsou zajišťovány pomocí vložených vodicích kladek. Tyto mohou být též použity jako stabilizační kladky s úkolem zabraňovat nežádoucímu rezonančnímu kmitání řemenu mezi řemenicemi. Plochý drážkový řemen odvádí nejtěžší práci. Musí zajistit, že točivý moment motoru od klikové hřídele (a) 350 Nm a více není v současnosti výjimkou bude bez prokluzu přenesen na hnané agregáty, jako jsou např. Generátor (b), Čerpadlo posilovače řízení (c), Čerpadlo chladicí kapaliny (d), Kompresor klimatizace (e) a další zařízení jako je větrák či mechanicky poháněný plnicí kompresor. Výhody a přínos moderních systémů pohonu agregátů: Pohon optimalizovaný s ohledem na prokluz Vysoká životnost ( km a více) Nízká provozní hlučnost Kompaktní rozměry Jednoduchá údržba 6

7 Napínací jednotky pohonu agregátů Pro zamezení jak prokluzu, tak kmitání řemenu je i u těchto soustav pohonu přídavných zařízení napnutí řemenu stejně důležité jako je tomu u systémů rozvodových ozubených řemenů. Pohonné systémy mohou být vybaveny dvěma typy napínacích systémů. Jedná se o: Napínák řemenu s mechanickým tlumením, např. Napínák s dlouhou pákou (a) Napínák s krátkou pákou (b) Kuželový napínák (c) Nebo o: Napínák řemenu s hydraulickým tlumením, např. (a) Napínák s těsněním prachovkou a (b) Napínák s utěsněným pístní tyčí b 7

8 Pomocí napínacího mechanizmu se vyrovnávají tolerance na hnaných komponentech vznikající jak tepelnou roztažností, vytaháním řemenu či jeho opotřebením. Síla napínající řemen se při montáži a při údržbě nastavuje samovolně a zůstává konstantní po celou dobu životnosti, nezávisle na teplotních stavech motoru. Další výhody řemenových soustav s automatickými napínacími jednotkami: Odbourávání silových špiček, pulzů Snižování prokluzu, hluků a opotřebení řemenu Mechanicky tlumené napínáky řemenů Mechanicky tlumené napínáky řemenů umožňují prostřednictvím zkrutných vinutých nebo torzních pružin požadované napínání řemenů. K tlumení dochází prostřednicvím mechanického tření. U napínáků s dlouhým ramenem (a) i u napínáků s krátkým ramenem (b) sestává tlumicí element z plochého třecího kotouče. U kuželových napínáků (c) dochází k tlumení na třecím kuželu jakožto tlumicím prvku. Volbu typu mechanického napínáku určuje především konstrukční prostor, který je k dispozici. Napínák s dlouhým ramenem (a) Napínák s krátkým ramenem (b) (1) Třecí kotouč a třecí obložení (2) Kluzné ložisko (3) Páka (4) Zkrutná vinutá pružina (5) Základní deska (6) Napínací kladka Kuželový napínák (c) (1) Třecí kužel (2) Páka (3) Napínací kladka (4) Vnitřní kužel (5) Zkrutná vinutá pružina (6) Základní deska 8

9 Funkce mechanicky tlumené napínací jednotky Síla předpínání ramena Točivý moment zkrutné vinuté pružiny vytváří prostřednictvím ramena páky požadovanou sílu předepínající řemen. Tlumení Tlumicí sada (pružina a třecí kotouč/kužel) je předepnuta axiální silou pružiny. Pokud se rameno páky pohne, vyvolá to relativní pohyb v tlumicí sadě, a dojde tak k tření a následnému tlumení. Sílu předepínající řemen a tlumení lze nastavit na sobě nezávisle tak, jak vyžaduje použitá řemenová hnací soustava. Hydraulicky tlumená jednotka Hydraulicky tlumená jednotka napínáku řemenu Hydraulicky tlumený napínák předepíná řemen prostřednictvím tlačné pružiny v hydraulické jednotce a převodové páky. K tlumení dochází usměrněně a proporcionálně k rychlosti, prostřednictvím hydraulické jednotky (tlumení průtokem přes štěrbinu). Pomocí usměrněného tlumení lze též kontrolovat a sledovat chod dynamicky namáhaných řemenových pohonů ( nerovnoměrný chod motoru např. u dieselů). Dále umožňuje usměrněné tlumení lepší stanovení potřebné předepínací síly. Volbu typu napínáku určují konstrukční prostor a podmínky použití. (1) Píst (2) Vysokotlaký prostor/olej (3) Zásobní prostor/olej (4) Tlačná pružina (5) Zpětný ventil Jen při těsněné prachovce (a): (6) Těsnicí prachovka Jen při těsnění pístové tyčky (b): (7) Ochranná prachovka (8) Těsnění tyčky pístu (9) Vedení tyčky pístu (10) Dolní montážní otvor (11) Horní montážní otvor Funkce hydraulické napínací jednotky Hydraulický prvek je stlačován, takže olej je vytlačován z prostoru vysokého tlaku (2) přes škrticí štěrbiny a dochází tak ke tlumení. Zpětný ventil (5) odděluje vysokotlaký prostor (2) a zásobní prostor (3), tím je jednoznačně určen směr proudění oleje (řízené tlumení). Pokud se hydraulický prvek uvolní a roztáhne, olej ze zásobního prostoru (3) je nasáván do vysokotlakého prostoru (2) prostřednictvím zpětného ventilu (5). Napínací a tlumicí síly jsou přenášeny na řemen přes páku a napínací kladku. Napínací sílu lze nastavovat podle potřeby volbou tlačné pružiny (4) a nastavením převodového poměru páky. Tlumení lze nastavit pomocí úpravy škrticích štěrbin. --> čím menší štěrbiny, tím silnější tlumení. 9

10 1.3 Napínací a vodicí kladky pro rozvodové a pohonné řemeny Napínací a vodicí kladky jsou používány jak u rozvodových, tak také u hnacích řemenových soustav. Napínací kladky přenášejí sílu napínáku na řemen a zajišťují konstantní předepnutí řemene. Vodicí kladky se používají pro uspořádání průchodu řemenu ke všem agregátům a zajištění odpovídajícího opásání řemenic či jako uklidňovací kladky na zamezení kmitání řemenu zvláště na dlouhých hnacích větvích. Napínací a vodicí kladky jsou tvořeny ocelovými nebo plastovými kotouči, v nichž jsou osazena jedno a nebo dvouřadá kuličková ložiska. Kladky mají buď hladký nebo profilovaný vnější pracovní povrch. Podle typu uchycení kladky bývá montováno plastové ochranné víčko. Pro ochranu vodicích kladek se též používají speciálně tvarovaná ocelová ochranná víka. Obvykle jsou na vodicích kladkách našroubována. (a) Jednořadá kuličková ložiska ECO III Jsou to modifikovaná 6203 s tišším chodem. Jsou širšího provedení, s větším prostorem na mazací náplň. Mají vyšší nosnost než srovnatelná katalogová ložiska Vyznačují se rýhováním na vnějším kroužku, která slouží jako zajištění proti protočení. Jsou cenově výhodnější. (b) Dvouřadá kuličková ložiska Jsou vysoce přetížitelná. Jsou širšího provedení, s větším prostorem pro mazací náplň. Vyznačují se rýhováním na vnějším kroužku. Splňují vysoké požadavky z pohledu dodržení souososti. 10

11 Výhody a přínos napínacích a vodicích kladek: přesné vedení řemene umožňují individuálně optimalizované schéma vedení řemene jsou přizpůsobeny konkrétním případům dochází u nich pouze k malé ztrátě maziva pracují s malou hlučností jsou stálé, nepodléhají vlivům teplot a okolního prostředí jsou recyklovatelné (označení plastu) díky rýhování zajišťují kvalitní spojení mezi vnějším kroužkem ložiska a plastovým kotoučem (A) Konstrukční typy (a) napínací/vodicí kladka (b) napínací/vodicí kladka s profilem ozubeného řemene dvouřadé napínací/vodicí kladky (B) Příklady použití (1) napínací kladka s pákou uloženou v kluzném ložisku (2) automatický napínák s napínací kladkou (3) vodicí kladka, celková konstrukce 11

12 2. Diagnostika závad Prasklé těleso u upevňovacího šroubu Příčina: Použita špatná podložka Poznámka: Průměr podložky příliš malý (má být: 17 mm skutečnost: 13 mm). Následkem je měnící se zatížení. Místo plošného zatížení při dotahování, matice promačkává těleso a dochází k prasknutí. Chyba montáže Prasklé těleso u upevňovacího šroubu Poznámka: Použít správnou podložku (potřebný průměr 17 mm). Příčina: Nedodržený dotahovací moment (příliš velký)! Chyba montáže Koncový doraz upravený, dorazový kolík (Stop-Pin) ohnutý/zlomený Příčina: Napínací kladka špatně nastavena. Chyba montáže 12

13 Vnější bočnice napínací/vodicí kladky vykazuje stopy náběhu řemenu Příčina: Chyba souososti Poznámka: Chod řemene mimo střed způsobený např. defektem ložiska vodního čerpadla atd. "Barvy náběhu" z vnějšku dovnitř Příčina: Prokluzující řemen Poznámka: Způsobeno závadou v řemenovém pohonu, jako např. defekt vodního čerpadla, nebo nedostatečným napnutím řemenu. Prasklý opevňovací otvor hydraulického napínáku Příčina: Překročená životnost jednotky napínáku. Upevňující šrouby uvolněné, nedotažené předepsaným dotahovacím momentem. Ztráta oleje na těsnicí prachovce hydraulického napínáku Příčina: Prasklina na prachovce Chyba montáže Prachovka byla při montáži poškozena. 13

14 3. Údržba Důležité: Všeobecně je nutné dodržovat intervaly kontrol a výměn dané výrobcem vozidla! Checklist pro inspekci rozvodů 1. Přezkoušet stav ozubeného řemenu. 2. Kdy byl ozubený řemen naposledy měněn a při jakém proběhu vozidla? 3. Jsou k dispozici informace o doposud provedených inspekcích a bylo vozidlo pravidelně servisováno? 4. Je vozidlo provozováno v těžších, náročnějších provozních podmínkách, které by odůvodnily kratší interval výměny? 5. Jsou další komponenty, které jsou v kontaktu s ozubeným řemenem, např. vačkové hřídele, vodní pumpa, čerpadlo posilovače řízení atd. v bezchybném stavu a nejsou zdrojem neobvyklých hluků? 6. V případě zatuhlé napínací kladky tuto případně nastavit a pomocí měřicího přípravku zkontrolovat napnutí řemenu. 7. Zkontrolovat opotřebení plastového kotouče kladky. 8. Zkontrolovat stav těsnění ložisek. 9. Zkontrolovat napadení komponentů korozí. 10. Je celkový stav ozubeného řemenu takový, že lze vyloučit možnost výpadku jeho funkce do příštího plánovaného servisního zásahu? Poznámka: Poškození motoru a z toho vycházející náklady při havárii ozubeného řemenu jsou znatelné. Přitom náklady na výměnu ozubeného řemenu jsou významně menší než náklady vzniklé na motoru právě haváriií ozubeného řemenu. Pochybnosti o technickém stavu ozubeného řemene jsou nepřípustné. V případě těchto pochybností je třeba majiteli vozu jednoznačně doporučit výměnu ozubeného řemenu. Rozvody možné příčiny závad Příliš velké či malé napnutí řemenu Částečky nečistot v řemenovém pohonu Poškození řemenu odřením o hranu zubu Opotřebení boků zubů řemenu Pískající těsnění, suché těsnicí manžety na ložiscích Nepřípustné snížení vůle v ložisku z důvodu deformace vnitřního kroužku ložiska --> špatný dotahovací moment! Poškozená kontaktní plocha řemenic Vyčerpána provozní doba mazacího tuku v ložisku 14

15 Checklist řemenového pohonu při inspekci 1. Zkontrolovat stav plochého drážkového řemenu. 2. U automatických napínáků zkontrolovat jejich nastavení. 3. V případě zatuhlé napínací kladky tuto případně nastavit a pomocí měřicího přípravku zkontrolovat napnutí řemenu. 4. Zkontrolovat stav profilovaných řemenic. 5. Jsou krycí víčka na místě a v pořádku? 6. U hydraulických napínáků zkontrolovat stav montážních ok a těsnost prachovek, případné stopy oleje vně prachovek. 7. Zkontrolovat pohyblivost napínáku. 8. Zkontrolovat napadení komponentů korozí. Řemenový pohon možné příčiny závad Příliš velké či malé napnutí řemenu Částečky nečistot v řemenovém pohonu Opotřebovaný plochý drážkový řemen Zlomy a praskliny v profilu řemenu Pískající těsnění, suché těsnicí manžety na ložiscích Únik mazacího tuku z ložiska --> chybějící krycí víčka! Defekt hydraulického napínáku --> únik oleje z napínáku! Defekt volnoběžky alternátoru --> plochý drážkový řemen tluče a skřípe! 15

16 LuK-Aftermarket Service ohg Paul-Ehrlich-Straße 21 D Langen Telefon: +49 (0) * Telefax: +49 (0) /3.0/9.2006/OD-D 16