2.2 Automatické spojky Hydrodynamické spojky Volnoběžky PŘEVODOVKY Stupňové převodovky s ozubenými koly...

Transkript

1 1 ÚVOD Koncepční uspořádání převodného ústojí osobních automobilů Koncepční uspořádání převodného ústojí užitkových vozidel... 6 SPOJKY Mechanické kotoučové třecí ozjezdové spojky... 9 Učení třecího momentu spojky...10 Přenosová bezpečnost spojky...1 Kontola spojky na ohřátí (při ozjezdu vozidla)...13 Spolupáce spojky s motoem při ozjezdu vozidla Automatické spojky Hydodynamické spojky Schéma, pincip a funkce HD spojky...17 Účinnost HD spojky...18 Skluz HD spojky...18 Výpočet HD spojky...19 Výpočet pomocí teoie jednoozměného vlákna...19 Mechanismus přenosu točivého momentu Volnoběžky... Konstukce... Teoie...3 Použití PŘEVODOVKY... 6 Účel převodovek...6 Požadavky kladené na převodovky motoových vozidel...6 Rozdělení převodovek Stupňové převodovky s ozubenými koly... 7 Základní pojmy...7 Základní duhy stupňových převodovek...9 Souosé převodovky...30 Nesouosé převodovky...31 Jednoskupinové převodovky...3 Víceskupinové převodovky...3 Dvouskupinové převodovky...3 Třískupinové převodovky...34 Řazení ychlostních stupňů...34 Řazení posuvnými koly...34 Řazení zubovými spojkami...35 Synchonizované řazení...36 Jednoduchá synchonizace...36 Jištěná synchonizace...37 Zajišťovací ústojí...38 Řadící ústojí Převodovky řazené pod zatížením Dvoutoké převodovky s řazením pod zatížením...40 Planetové převodovky SPOJOVACÍ A KLOUBOVÉ HŘÍDELE Spojovací hřídele Kloubové hřídele... 4 Příčné kloubové hřídele...44 Požadavky na spojovací a kloubové hřídele...45 Poznámky ke konstukci spojovacích a kloubových hřídelí Kinematika kloubových hřídelů Stejnoběžné klouby

2 5 ROZVODOVKY Stálý převod...51 Požadavky kladené na stálý převod hnací nápavy Základní uspořádání stálého převodu Konstukční povedení stálého převodu Difeenciály...58 Rozdělení difeenciálů Uzávěka difeenciálu Samosvoné difeenciály...61

3 1 Úvod Převodná ústojí motoových vozidel jsou tvořena všemi částmi vozidla, kteé spojují moto s hnacími koly vozidla a podílí se tak na přenosu točivého momentu od motou na hnací kola vozidla. Musí umožnit podle okamžité potřeby točivý moment přenášený na kola zvětšit, případně jeho přenos kátkodobě či dlouhodobě přeušit, měnit velikost případně i smysl otáček hnacích kol. Mezi nejdůležitější převodná ústojí motoových vozidel patří: spojky, kteé slouží po kátkodobé přeušení přenosu točivého momentu, například při řazení ychlostních stupňů, převodovky, zajišťující změnu velikosti a smyslu točivého momentu a otáček, spojovací a kloubové hřídele, po stále spojení jednotlivých agegátů vozidla ozvodovky, po ozdělování přenášeného točivého momentu na jednotlivá hnací kola případně jednotlivé hnací nápavy. Po jasné pochopení nezbytnosti jednotlivých převodných ústojí je třeba si uvědomit někteé zásadní skutečnosti: Spalovací moto, jehož ole v pohonu soudobých motoových vozidel je dominantní, ozvíjí točivý moment potřebný po ozjezd vozidla tepve při učitých, poměně dosti vysokých, otáčkách. Vozidlo se naopak ozjíždí z nulových otáček hnacích kol. Tyto ozdílné skutečnosti musí přivést do souladu a umožnit tak ozjezd motoového vozidla jeho ozjezdová spojka. Hnací vozidlový moto ozvíjí hospodáně potřebný točivý moment jen v učitém omezeném ozsahu otáček a zatížení. Od vozidla však požadujeme, aby mělo dostatečnou hnací sílu na kolech po překonání jízdních odpoů ve všech situacích, po kteé je nasazení vozidla uvažováno. Poto musí mít každé motoové vozidlo převodovku. Hnací nápavy motoového vozidla při jízdě po zpevněných vozovkách nesmějí být přetěžovány, z celkového výkonu vozidla mohou přenášet pouze jim učenou část. Poto jsou nezbytné děliče momentu a mezinápavové difeenciály. Obě hnací kola jedné nápavy jsou poháněna od jednoho vstupního hřídele. Ale při jízdě v zatáčce se musí kolo opisující větší oblouk točit ychleji než kolo, kteé se pohybuje na menším poloměu. K podobným situacím dochází i za jiných okolností. Vyhovět uvedené potřebě umožňuje difeenciál. V podmínkách snížené přilnavosti, při jízdě v teénu, hlavně blátivém, nebo na náledí a podobně, je třeba zabezpečit, aby se hnací kola jedné nápavy otáčet ůznými otáčkami naopak nemohla. Toto zajišťuje uzávěka difeenciálu případně ůzné konstukce samosvoných difeenciálů. Po usnadnění řízení, aby se snížila únava řidiče a zvýšila bezpečnost silničního povozu, se stále častěji přechází, a to i za cenu snížení hospodánosti povozu vozidla, na poloautomatické nebo automatické řazení ychlostních stupňů. Převodné ústojí takových vozidel je pak vybaveno mechanickou převodovkou s hydodynamickým měničem momentu nebo automatickou převodovkou jiné konstukce. 3

4 1.1 Koncepční uspořádání převodného ústojí osobních automobilů Nejjednodušší uspořádání převodného ústojí mívají menší osobní automobily (ob. 1.1). Točivý moment se u nich přenáší od vozidlového motou (M) přes spojku (S), převodovku (P), stálý převod (SP), difeenciál (D) na hnací kola (HK). I zde mohou být v závislosti na celkové koncepci vozidla jednotlivá ústojí spojena ůzně dlouhými spojovacími případně i kloubovými hřídeli (H). Ob. 1.1: Schéma nejjednoduššího uspořádání převodného ústojí Uvedené uspořádání převodného ústojí je u konkétních konstukcí osobních automobilů podle potřeby modifikováno. Rozlišujeme koncepci: standadního pohonu, zadního pohonu, se středně umístěným motoem, tansaxle, předního pohonu, pohonu všech kol. Koncepce standadního pohonu má moto, spojku a převodovku umístěné vpředu a spojovacím hřídelem je spojuje s ozvodovkou, ze kteé jsou postřednictvím kloubových hřídelů poháněna hnací kola zadní nápavy (ob. 1.). Koncepce zadního pohonu má moto, spojku, převodovku i ozvodovku konstukčně vytvořené ve společné blokové konstukci umístěné v zadní části vozidla. Hnací kola zdaní nápavy jsou poháněna opět kloubovými hřídeli a spojovací hřídel odpadá (ob. 1.3). Koncepce s motoem upostřed se volí k dosažení neutálního chování vozidla cestou umístění těžiště celého vozidla mezi přední a zadní nápavu. V takovém případě se zpavidla umísťuje moto se spojkou před zadní nápavu, převodovka až za zadní nápavu a ozvodovka je umístěna v zadní nápavě. Nevýhodou je skutečnost, že se zmenší posto po cestující na zadních sedadlech, což není zpavidla na závadu u spotovně laděných vozidel (ob. 1.4). Pincip tansaxle spočívá v umístění motou a spojky vpředu a převodovky s ozvodovkou na hnací zadní nápavě. Točivý moment mezi uvedenými agegáty je přenášen při vysokých otáčkách (před převodovkou) tenkým spojovacím hřídelem, kteý je zpavidla několikát uložený v hřídelové tubce. I tímto způsobem lze dosáhnout lepšího ozložení celkové hmotnosti vozidla mezi jednotlivé nápavy a neutálního chování v zatáčce. Pincip tansaxle využívají například fy Alfa-Romeo a Posche (ob. 1.5). 4

5 Koncepce předního pohonu využívá blokovou konstukci hnacího agegátu - motou, spojky, převodovky a ozvodovky umístěné v přední části vozidla. Poháněná je řízená přední nápava vozidla. Vozidlový moto je uložen buď před nebo za přední nápavou, podélně (ob. 1.6a) nebo příčně (ob. 1.6b). Při příčném uložení motou není třeba nákladné kuželové povedení stálého převodu. Pohon všech kol vyžaduje po vyovnávání ozdílu otáček přední a zadní nápavy mezinápavový difeenciál (ob. 1.7). Pohon všech kol je konstuován buď po neustálou činnost, nebo po uvádění do činnosti pouze v případě potřeby. 5

6 1. Koncepční uspořádání převodného ústojí užitkových vozidel Převodné ústojí užitkových vozidel je zpavidla složitější. Na obázku 1.8 je schématicky znázoněno uspořádání převodného ústojí nákladního automobilu se dvěma hnacími zadními nápavami. V tomto případě je po zajištění přenosu stejně velkého momentu vložen mezi pvní (I) a duhou (II) zadní hnací nápavu mezinápavový difeenciál (MD). Ob. 1.8: Schéma převodného ústojí nákladního automobilu se dvěma hnacími nápavami Ještě složitější je převodné ústojí teénního automobilu se čtyřmi hnacími nápavami (ob. 1.9), z nichž obě dvě přední (1. PN a. PN) jsou řízené a dvě zadní (1. ZN a. ZN) neřízené. Z hlediska přenosu točivého momentu tvoří přední nápavy pakticky zcadlový obaz zadních nápav. Mezi přední a zadní dvojicí nápav je vložen dělič momentu (DM), kteý ozděluje celkový točivý moment přenášený z převodovky v potřebném poměu na uvedené dvojice nápav. Všechny difeenciály mají dálkově stavitelné uzávěky. Ob. 1.9: Schéma převodného ústojí těžkého teénního tahače se čtyřmi hnacími nápavami Standadní koncepce užitkových vozidel má podobně jako u osobních automobilů moto, spojku a převodovku vpředu a spojovací hřídel přenáší točivý moment do ozvodovky zadní nápavy (ob. 1.10). Zvětšení postou po obsluhu vozidla umožňuje umístění hnacích agegátů za přední nápavou (ob. 1.11). U autobusů se umísťují hnací agegáty dnes téměř výhadně za zadní nápavou (ob. 1.1). Takovým uspořádáním lze dosáhnout celé řady výhod. Menšího zatížení řidiče a cestujících hlukem, možnosti snížení podlahy po snadnější nastupování a vystupovaní cestujících, 6

7 kátkého spojovacího hřídele a společné blokové konstukce skříně motou, spojky a převodovky. Ob. 1.10: Převodné ústojí užitkového vozidla Ob. 1.11: Uložení hnacích agegátů za přední nápavou Ob. 1.1: Hnací ústojí autobusu U teénních nákladních vozidel s pohonem všech kol se točivý moment od motou, spojky a převodovky přivádí nejpve do ozdělovací převodovky a tepve z ní k přední a zadní nápavě, esp. dvojici napav (ob. 1.13). 7

8 Ob. 1.13: Uspořádání převodného ústojí u teénních užitkových vozidel 8

9 Spojky V obecném případě jsou spojky části stojů, kteé slouží po spojení a přenos točivého momentu zpavidla mezi dvěma přímými nebo téměř přímými hřídeli. Rozdělení spojek používaných v motoových vozidlech V konstukci motoových vozidel se používají spojky: směové po řízení kolových a pásových taktoů, řadící po řazení ychlostních stupňů v převodovkách, ozjezdové po ozjezd vozidel. Podle konstukčního uspořádání ozeznáváme spojky kotoučové lamelové. Kotoučové spojky mají většinou jeden, případně dva, jen zřídka více třecích kotoučů, kteé pacují v suchém postředí. Lamelové spojky mají větší počet menších kotoučů (lamel), kteé pacují zpavidla v oleji nebo olejové "mlze". Podle způsobu ovládání dělíme spojky na mechanické, ovládané bezpostředně silou řidiče vozidla, automatické, kteé jsou ovládané sevomechanismem řízeným automaticky pacujícím obvodem. Požadavky kladené na spojky Konstukce a povedení ozjezdové spojky motoového vozidla musí při její činnosti zabezpečit: spolehlivý přenos točivého momentu od motou na hnací hřídel převodovky, plynulý ozjezd vozidla bez škubání a bez zbytečného pokluzu, přenos většího momentu než je maximální točivý moment motou cca o 15-5%, například po vypoštění uvíznutého vozidla, ovládání spojky malými silami. Předpis omezuje maximální sílu po ovládání spojky osobního automobilu do 150 N, po motocykly 80 N, po ostatní 00 N (spojku musí být schopna ovládat i ženská noha ve společenské obuvi), nenáočnou obsluhu i údžbu a dlouhou životnost (přes kilometů)..1 Mechanické kotoučové třecí ozjezdové spojky Kotoučové suché třecí spojky mají dnes již klasické ustálené konstukční povedení, kteé se jedno od duhého liší z hlediska pincipu činnosti v nepodstatných detailech. Hlavní části kotoučové třecí spojky jsou: setvačník, štít spojky pevně spojený se setvačníkem, přítlačný kotouč otáčející se spolu se setvačníkem, třecí spojkový kotouč jehož hřídel (spojkový hřídel) je pevně spojen se vstupním hřídelem převodovky, přítlačná pužina, dnes většinou v membánovém povedení a vypínací mechanismus. 9

10 Ob..1: Suchá kotoučová spojka Spojkový kotouč má možnost se axiálně posouvat po dážkování předního konce spojkového kotouče. Učení třecího momentu spojky Schématické zobazení spojkového obložení potřebné k odvození vztahů po výpočet třecího momentu spojky je na obázku.. dm S = dft, df t = df µ n, df = p π d, dm S = p π d µ n kde t F je třecí síla spojky, polomě, na kteém působí elementání třecí síla, F přítlačná síla spojky, µ součinitel tření, volí se v ozmezí 0,5-0,35 po suché kotouče a 0,08-0,15 po lamely v oleji, ale vždy podle dopoučení výobce mateiálu třecího obložení, n počet třecích ploch, p tlak, kteý působí na obložení třecího kotouče; vždy se musí poovnat s hodnotami dopoučenými výobcem třecího mateiálu; dovolený tlak se pohybuje cca v ozmezí 0, - 0,5 MPa po osobní automobily a 0,15-0,5 MPa po nákladní automobily. 10

11 Ob..: Schéma k odvození vztahů po velikost třecího momentu spojky M S V dalších úvahách budeme uvažovat dva předpoklady: Pvní předpoklad odpovídá nové, nezaběhnuté spojce. Tlak na obložení třecího kotouče je po celé ploše stejný, p = konst. Duhý předpoklad odpovídá situaci zaběhnuté spojky. Opotřebení spojkového obložení třecího kotouče je ovnoměné po celé jeho ploše a tlak na obložení není konstantní, ale platí ovnice p vs = konst celou plochu stejná, platí také ovnice, kde v s je skluzová ychlost. Poněvadž úhlová ychlost je po p = konst, p = konst /. Závislost tlaku na poloměu má tedy hypebolický chaakte, to znamená oste směem k vnitřnímu poloměu mezikuží třecího obložení. Tato skutečnost je nevýhodná po šioké obložení. Podle pvního předpokladu po přítlačnou sílu platí: 1 F = π p d = π p a odtud po tlak 1 Třecí moment spojky je oven: F p = π ( ). 1 M S = π p µ n d = π p µ n. 3 1 Dosadíme-li do této ovnice dříve odvozený vztah po p obdžíme výsledný vztah po spojkový moment: M S = F µ n. 3 Podle duhého předpokladu platí po přítlačnou sílu vztah (před integál vytkneme jako konstantu součin p.): F = π p d = π p ( 1 ) 1 11

12 odtud po součin p. platí: p = F π ( ) 1 a třecí moment M S : 1 = = M S π p µ n d π p µ n. Dosadíme-li do této ovnice dříve odvozený vztah po součin p. obdžíme výsledný vztah po spojkový moment M S učený podle duhého předpokladu: 1 1 M S = F µ n = F µ n ( + 1 ). ( ) Rozdíl ve velikosti třecího momentu vypočítaného podle obou předpokladů není velký po běžně používané ozmezí poloměů 1 a ( = 1,5 -,00 1 ). Podle duhého předpokladu, tedy po zaběhnutou spojku, vychází hodnoty M S menší. Větší hodnota M S dává větší bezpečnost přenosu točivého momentu. Velká hodnota M S chaakteizuje tzv. tvdou spojku, kteá má kátkou dobu pokluzování spojky, ale více namáhá převodné ústojí i hnací moto. Měkká spojka naopak šetří moto i převodovku, ale déle pokluzuje a tak se více opotřebovává. 1 Přenosová bezpečnost spojky Je definována jako podíl třecího momentu spojky M S a maximálního přenášeného točivého momentu M max : k = M S /M max. Volí se obvykle k = 1,5, případně: po osobní automobily k = 1,3-1,5 nákladní automobily a autobusy k = 1, -,0 tahače a taktoy k =,0 -,5. Spodní hanice se dopoučuje po motoicky silná vozidla. Velikost třecího momentu spojky se volí i s ohledem na velikost momentu přilnavosti M P hnací nápavy vozidla. Přenosová bezpečnost spojky vzhledem k momentu přilnavosti by měla být: M S k P = = 1,0 1,5. M P V modeních konstukcích ozjezdových spojek se většinou používají membánové přítlačné pužiny, jejichž jazýčky současně pacují jako vypínací páčky (ob..3). Při poovnání silových chaakteistik vinuté a membánové pužiny (ob..4) je zřejmá další výhoda membánové pužiny. Při postupném opotřebovávání spojkového obložení, jehož tloušťka se obvykle pohybuje mezi až 8 mm, nejpve přítlačná síla membánové pužiny zřetelně oste a při plném opotřebení obložení je stejná jako u nového obložení. Vinutá pužina vyžaduje naopak zabudování do spojky s větším předpětím, aby byla schopna plnit funkci i s opotřebovaným obložením. 1

13 Ob..3: Membánová pužina Ob..4: Silová chaakteistika membánové a vinuté pužiny Kontola spojky na ohřátí (při ozjezdu vozidla) Při ozjezdu vozidla dochází k pokluzování spojkového kotouče mezi setvačníkem a přítlačným kotoučem. Přitom se učité množství enegie ve fomě třecí páce přeměňuje v teplo. Tímto teplem se spojka, zejména její třecí části, ohřívá. Naším úkolem je učit množství vyvinutého tepla a ověřit, zda nedojde k přehřátí spojky, kteé by mělo za následek její poškození. Množství tepla učíme jako ozdíl páce poskytované motoem A m a páce využité k ozjezdu vozidla A V : tk Q t = Am Av tk = M m ω m dt M 0 0 = & ω t dt = m = M m ω t m k M m tk & ω = 13

14 = M m ω m ω m = & ω & ω ω = 1 M m m, & ω kde Qt je teplo vzniklé třením při pokluzování spojky, A m je páce vykonaná motoem při ozjezdu, A V je páce využitá po ozjezd vozidla, M m je točivý moment motou, ω m je úhlová ychlost klikové hřídele motou, t k je čas ozjedu vozidla chaakteizovaného pokluzováním spojky, ω& je úhlové zychlení spojkového kotouče. ω m ω m Při úpavě jsme využili ovností & ω = a t k =. Pokud přijmeme zjednodušující t & k ω předpoklad, že M m i ω m jsou v půběhu ozjezdu konstantní, pak úhlové zychlení spojkového kotouče se ovná: && x & ω = ic ω k = ic, kde i c je celkový převodový pomě mezi motoem a hnacími koly vozidla, d je dynamický polomě kola, & x& je zychlení vozidla. Zychlení vozidla učíme z hnací ovnice vozidla F k = O f + O s + O v + O z + O p, ve kteé zanedbáme odpo přívěsu O p a odpo vzduchu O v. Hnací sílu na kolech vozidla a ostatní jízdní odpoy vyjádříme pomocí veličin známých z teoie vozidel: M m i d c η = G f cosα + G sinα + m d v & x ϑ. Z tohoto tvau hnací ovnice vozidla již lze vyjádřit zychlení vozidla a následně úhlové zychlení spojkového kotouče: 1 M m ic η & x = G ( f cosα + sinα ), mv ϑ d = ic M m ic η & ω G ( f cosα + sin ) m ϑ α. d V d Nyní dosadíme odvozené úhlové zychlení spojkového kotouče do původní ovnice po třecí teplo a obdžíme výsledek: Q 1 M m ω m d mv ϑ t =. ic [ M m ic η G d ( f cosα + sinα )] 14

15 Z odvozeného vztahu vyplývají někteé závěy, kteé velmi dobře koespondují s paktickými poznatky zkušených řidičů: Čím je výaz v hanaté závoce jmenovatele větší, tím snazší je ozjezd vozidla a množství vyděleného tepla menší. Třecí teplo bude menší při ozjezdu vozidla na ovině nebo se svahu Ohleduplný ozjezd vozidla vůči jeho spojce vyžaduje zařazení největšího převodového poměu, tj. nejnižšího převodového stupně. Pokud by byl výaz v hanaté závoce oven nule nebo se k ní blížil, ozjezd by nebyl možný. Kontola spojky na ohřev se povádí vzhledem k měné třecí páci při ozjezdu vozidla q t, kteá je dopoučována po osobní automobily v ozmezí q t = 0,5 1,0 (maximálně q t =,0-5,0) MJ/m, po užitkové automobily q t = 0, 0,6 (maximálně 1,0,5) MJ/m. Při obtížném ozjezdu, například uvíznutého vozidla, dosahuje teplota obložení až C, při opakovaných pokusech o vypoštění vozidla i 600 C. Spolupáce spojky s motoem při ozjezdu vozidla Při následujících úvahách přijmeme zjednodušující předpoklad, že v pocesu ozjezdu vozidla je točivý moment ozvíjený motoem stálé velikosti (ob..5). Výchozí situace: Ob..5: Spolupáce spojky s motoem při ozjezdu vozidla spojka je ozepnutá a nepřenáší žádný točivý moment, moto ozvíjí točivý moment M m dostatečně velký po ozjezd vozidla, klikový hřídel motou se otáčí elativně velkými otáčkami n m, vozidlo stojí, spojkový kotouč má nulovou úhlovou ychlost. Při vlastním ozjezdu vozidla ozeznáváme dvě základní fáze: Pvní fáze je chaakteizována pokluzováním spojky, kteé je způsobeno nestejnými otáčkami hnací n m a hnané n v části spojky (na počátku ozjezdu je n v = 0). V této fázi se 15

16 hnací část zpomaluje, větev n m -K klesá a hnaná část je uychlována, větev 0-K stoupá. Pokluzování kotoučů spojky je spojeno s jejich ohřevem, neboť třecí páce se přeměňuje v teplo. Duhá fáze pobíhá bez pokluzování spojky, kotouče spojky jsou navzájem pevně nepohyblivě spojeny přítlačnou a třecí silou. Sklon větve n m - K je ovlivněn z velké části hmotností setvačníku, lehčí setvačník má za následek její intenzivnější pokles a tím i nižší otáčky n K. Sklon linie 0 - K závisí na velikosti spojkového momentu (tvdosti spojky). Tvdá spojka zkacuje čas pokluzování t k, ale více namáhá následné převodné ústojí i hnací moto vozidla ázy. Délka duhé fáze ozjezdu vozidla bez pokluzování t z závisí na hmotnosti setvačníku (jak hluboko klesly otáčky n K ) a na motoické síle vozidla, jak ychle bude schopno z těchto otáček akceleovat na původní hodnotu otáček n m. Lze si představit ůzné kombinace uvedených veličin a jejich vlivu na sklon jednotlivých větví a na celkovou dobu ozjezdu vozidla, kteá je ovna součtu časů t k a t z.. Automatické spojky Automatickou spojku řidič neovládá samostatným ovládacím ogánem, ale funkce tohoto ogánu je nahazena samočinným mechanismem. Ovládání vozidla se tak zjednodušuje na dvoupedálovou soustavu bzda - plyn, kdy činnost spojky je zpavidla odvozena od pohybu akceleačního pedálu a řadící páky. V konstukci motoových vozidel se používají následující duhy automatických spojek: odstředivé spojky, elektomagneticky ovládané spojky, elektomagnetické (páškové) spojky, hydodynamické spojky..3 Hydodynamické spojky Mezi nejčastěji používané automatické spojky v modeních automobilech patří hydodynamická spojka, kteá je nejjednodušším hydodynamickým ústojím, sloužícím k přenosu točivého momentu. Hydodynamický převod mechanické enegie v původním histoickém uspořádání schematicky znázoňuje obázek.6. Hnací moto pohání čepadlo, kteé vytlačuje pacovní kapalinu do potubí spojující je s tubinou. Kapalina pohání tubínu a vací se zpětným potubím k čepadlu. Tubína pohání spotřebič. Kapalina cikulující v potubí vlastně nahazuje tuhý mechanický hřídel. Uvedené uspořádání však bylo při paktickém použití spojeno s nepřijatelně velkými ztátami. V obecném případě jsou tyto ztáty podmíněny dvěma činiteli: třením a vířením. Jejich velikost závisí především na ychlosti kapaliny v potubí, dsnosti smáčených stěn, délce 16

17 Ob..6: Schéma přenosu enegie hydodynamickým stojem a tvau kanálů a potubí, vlastnostech kapaliny, kteá při svém pohybu často náhle mění svoji ychlost i smě pohybu. Na počátku 0. století, v oce 1904, učinil ve svých 7 letech Hemann Föttinge ( ) potřebné konstukční změny, kteými spojil čepadlo s tubínou bezpostředně do jedné kompaktní jednotky. Vynalezl tak modení hydodynamický převod, kteý se později šioce a hospodáně uplatnil v pohonech celé řady stojů, v motoových vozidlech, stacionáních motoech, těžkých a posunovacích lokomotivách, stavebních stojích, vysokozdvižných vozících, míchačkách, odstředivkách, napájecích čepadlech kotlů, ventilátoech atd. Plní zde funkci spolehlivého pužného spojení se současnou ochanou hnacího agegátu před přetížením. Hydodynamický měnič točivého momentu plní i funkci převodovky s plynule měnitelným převodovým poměem. Schéma, pincip a funkce HD spojky V konstukci motoových vozidel se používá HD spojka zpavidla nejjednoduššího povedení (neegulační) s adiálními ovinnými lopatkami čepadlového i tubínového kola. Přenos točivého momentu je zpostředkován bez vzájemného dotyku kovových částí spojky (komě ložisek a ucpávek), tím nedochází k opotřebení a povoz spojky je možný pakticky bez údžby (ob..7). Ob..7: Schématické zobazení hydodynamické spojky 17

18 Přednosti pohonu s HD spojkou plynulý a měkký ozjezd vozidla (HD spojka dovoluje plynulý ozjezd vozidla i při zařazení nejvyššího ychlostního stupně) zabaňuje zhasnutí motou při pudkém zvýšení jízdních odpoů (takto s uvíznutým pluhem) tlumí tozní kmity v převodných ústojích jednotlivé součásti nejsou namáhány na otě maximální točivý moment lze přizpůsobit změnou velikosti olejové náplně minimální údžba Nevýhody pohonu s HD spojkou vyšší cena neustálý skluz mezi hnací a hnanou částí spojky (Tento skluz způsobuje, že HD spojka má nižší účinnost než spojka mechanická). spojka nelze snadno ozpojit po řazení ychlostních stupňů (HD spojku je nutno po tento účel kombinovat s mechanickou spojkou, nebo s převodovkou s řazením pod zatížením). nelze zajistit stojící vozidlo (k tomuto účelu se konstukce doplňuje o volnoběžku), lze však bzdit motoem. Účinnost HD spojky Účinnost je obecně definována jako pomě výkonu a příkonu stoje. U HD spojky lze napsat ( M M ) P t M t ωt č ωt ωt M η = = = = 1, Pč M č ωč M č ωč ω č M č kde P je výkon, M je točivý moment, ω je úhlová ychlost, M je točivý moment odpovídající vnějším ztátám v ložiscích a ucpávkách, index č platí po čepadlo, index t platí po tubinu. Po HD spojku platí M t = M č a poto se její účinnost ovná poměu otáček tubíny a čepadla: ωt nt η = = = i. ω n č M Tento vztah platí, neuvažujeme-li vnější třecí odpoy. Jinak η = i 1. Půběh M č účinnosti η v závislosti na poměu otáček i znázoňuje polopřímka půlící pvní kvadant souřadného systému. Lze říci, že účinnost HD spojky stoupá přibližně s ychlostí jízdy vozu. Skluz HD spojky Při malých otáčkách motou nestačí dynamické účinky kapaliny k pohonu vozu a celek funguje jako ozpojená spojka- Zvyšují-li se otáčky motou, začíná se tubínové kolo otáčet a vůz se ozjíždí. Čepadlové kolo se točí ychleji než tubínové kolo - je mezi nimi skluz. č 18

19 ωč ωt ωt e = = 1 = 1 i, ω ω č odtud i =1 e a η = i = 1 e. Skluz je nezbytnou podmínkou po to, aby kapalina poudila koly a silově působila na tubinu. Největší silou tlačí kapalina na tubinu tehdy, jestliže tubina stojí a čepadlové kolo se otáčí. Čím ychleji se točí tubina (čím jede vozidlo ychleji), tím menší jsou dynamické účinky kapaliny (otáčením tubiny vzniká totiž také odstředivá síla kapaliny a ta působí poti odstředivé síle kapaliny v čepadle). Točí-li se čepadlo i tubina stejnou úhlovou ychlostí, výsledný dynamický účinek kapaliny je nulový a HD spojka není schopna přenášet žádný točivý moment. Výpočet HD spojky Jde o učení velikosti přenášeného točivého momentu a ozměů spojky. Výpočet se povádí dvěma způsoby: na základě teoie jednoozměného vlákna na základě teoie podobnosti a známé chaakteistiky ověřené funkční HD spojky. Výpočet pomocí teoie jednoozměného vlákna Výpočet vychází z předpokladu, že poud kapaliny je nahazen jediným vláknem o nekonečně malé tloušťce, kteé má všechny vlastnosti uvažované při výpočtu (ychlost, enegii atd.) jako původní poud. Zde podáme pouze zjednodušený pohled na vedení výpočtu, přesně uvedeno v příslušné liteatuře. Po usměňování poudu kapaliny mívá (zvláště u staších konstukcí) čepadlo i tubina vnitřní tooid zvaný tous. Vstupní a výstupní šířka b se volí tak, aby střední meidiánové ychlosti v bodech 1 a byly stejné w 1 = w = w. Musí platit: w Q = Q 1 b1 σ 1 = v1 v 1 S1 = w S π π b σ, kde σ 1 a σ jsou součinitelé zmenšení půřezu vlivem konečné tloušťky lopatek, za předpokladu σ 1 = σ = σ platí:. 1 b1 = b Konstukce HD spojky typu "Sinclai" nemá tous, učujeme u ní polomě tzv. neutálního bodu 0. Podmínka stejného vtékajícího i vytékajícího množství při w 1 = w = w má nyní tva: π ( ) = π ( ) e 0 0 i č 19

20 i kde ξ i =. e ( ) 1 0 = e + i i e 1 = 1 e + e ( + ξ ) = i, Rozměy HD spojky jsou chaakteizovány půměem D = e a poměnými vztahy vázanými na polomě e, kteé učují tva středního vlákna meidiánového řezu. Dále je spojka chaakteizována počtem lopatek, kteé bývají zpavidla ovinné, adiální. 1 ξ =, b ξ b =, b b e 0 =, 1 = 0 i, 1 = ( e + 0 ), 1 1 = 0 + ( ) i. Mechanismus přenosu točivého momentu Točivý moment je definován jako součin síly a amene, na kteém tato síla působí. Sílu lze učit ze změny hybnosti poudu kapaliny, ke kteé dochází v čepadlovém kole. F t = mv m F = v = Qm v, t kde Q m je hmotnostní tok kapaliny HD spojkou [kg/s]. Kapalina do čepadla vstupuje s absolutní ychlostí c 1 a vystupuje z něho s absolutní ychlostí c. Absolutní ychlost c ozkládáme na osovou složku w (elativní nebo také meidiánová ychlost) a tangenciální složku u (unášivá ychlost). Točivý moment vytvářejí tangenciální složky. Osové složky se na točivém momentu nepodílejí, zatěžují ložiska. Po točivý moment tedy můžeme v souladu se směy unášivých ychlostí napsat ovnici: M = F = Qm u Qm 1 1 u1 = = π b σ w ρ u π 1 b1 σ 1 w1 ρ 1 u1 = Vzhledem k předpokladu, že hmotnostní tok kapaliny je ve všech místech HD spojky stejný dojde ke zjednodušení vztahu 0

21 1 ( )= = t č w b ω ω ρ σ π 1 dále využijeme identity: b b = a u w u u w w č ω = = = = č t č č u w b ω ω ω ρ ω σ π č i u w b ω ρ σ π = Zavedeme-li nyní substituci: = i u w b 1 1 σ π λ obdžíme konečný vztah po velikost točivého momentu přenášeného HD spojkou: 5 D n M č = ρ λ. Z ovnice po λ je zřejmé, že geometické hodnoty spojky v ní vystupují pouze v poměných hodnotách ( 1,, u w b ). Z toho vyplývá, že chaakteistika λ je stejná po všechny spojky, u kteých ozměy a konstukční uspořádání umožňuje zachovat uvedené poměy, a to bez ohledu na velikost spojky. V tomto smyslu lze říci, že chaakteistika λ není závislá na velikosti spojky a na přenášeném výkonu. Ob..9: Konstukční povedení ozjezdové HD spojky

22 5 Rovnice M = M č = λ ρ nč D je po HD spojku nejdůležitější, potože umožňuje návh nové spojky ze známé chaakteistiky geometicky podobné spojky. Vyplývá to ze zákonitostí hydaulické podobnosti (afinity), podle kteých si poudnice dvou poudů kapaliny vedené kanály libovolného tvau zachovávají podobný tva (fomu), pokud jsou ozměy obou kanálů podobné do nejmenších podobností a ychlost poudu, viskozita kapaliny i hlavní ozmě wl kanálu vyhovují Reynoldsovu kiteiu: R e =. ν Ze vztahu plyne, že w l = const, což není u HD spojky splněno, potože l const. Přesto lze po automobilové spojky použít..4 Volnoběžky Volnoběžka je převodné ústojí, kteé přenáší točivý moment pouze v jednom smyslu otáčení od hnacího hřídele na hřídel hnaný. Při pokusu o přenos točivého momentu v opačném smyslu, například při zychlení otáček hnaného hřídele, dojde okamžitě k automatickému ozpojení volnoběžky. S funkcí volnoběžky se dobře seznámil každý, kdo někdy jezdil na jízdním kole s volnoběžným nábojem a nášlapovou bzdou topedem. Volnoběžka je součástí zadního náboje takového jízdního kola. Při šlapání se volnoběžka zaklíní a zadní kolo se musí otáčet, cyklista kolo pohání. Jede-li kolo setvačností, např. s kopce, volnoběžka se ozpojí, zadní kolo se točí, ale kliky pedálů mohou být v klidu a šlapat není nutné. Konstukce Volnoběžka se skládá z věnce a jáda mezi něž se při přenosu točivého momentu zaklíňují vzpěné elementy (válečky nebo vzpěná tělíska). Podle vzájemné polohy činných ploch věnce a jáda se dělí volnoběžky na: volnoběžky s excentickými dáhami, volnoběžky se soustřednými dáhami. Příkladem jednoduché volnoběžky s excentickými dáhami je volnoběžka se vzpěnými válečky (ob..10). Ob..10: Schématické zobazení volnoběžky s excentickými dáhami Excentické dáhy mohou být vytvořeny buď na věnci (1) nebo na jádře () volnoběžky. Volba je většinou dána možnostmi konstukce, nejčastěji velikostí volného místa. Hnací část, v tomto případě věnec, se otáčí ve směu hodinových učiček. Vlivem tření se vzpěné

23 válečky (3) zaklíní mezi věnec a jádo. Poto se jádo musí otáčet spolu s věncem. Volnoběžka je spojena. Začne-li se jádo otáčet ychleji než věnec, posunou se válečky poti působení třecích sil a volnoběžka se uvolní a ozpojí. U složitějších konstukcí volnoběžek jsou válečky do záběu zaklíňovány navíc ještě silou přítlačných pužin (4). Volnoběžky se soustřednými dáhami mají oběžné dáhy věnce i jáda válcového tvau. Vzpěná tělíska jsou vhodně tvaovaná a jsou umístěna v kleci, kteá udžuje ovnoměnou vzdálenost jednoho od duhého (ob..11). Ob..11: Schématické zobazení volnoběžky se soustřednými dáhami Výhody této konstukce spočívají ve snadnější výobě, válcové plochy se lépe obábějí, a v možnosti přenosu většího točivého momentu při menších ozměech, volnoběžka má vetší počet stykových ploch. Teoie Silové poměy na zaklíněném válečku lze ozebat s pomocí ob..1. V místech styku válečku s věncem a s jádem působí stejně velké nomálové síly N a třecí síly F. Výslednice vektoového součtu těchto sil leží v jedné přímce, neboť váleček je vzhledem k věnci i jádu v klidu. Smě výslednice je kolmý k ose úhlu zaklínění válečku γ a je odkloněn od spojnice dotykového bodu a středu válečku o úhel γ/. 3

24 Ob..1: Silové poměy na zaklíněném válečku Po spαvnou funkci volnoběžky bez přítlačných pužin je nezbytné, aby síly vkliňující válečky byly větší než síly vytlačující válečky ze zaklínění. To znamená, že půmět třecí síly do osy úhlu zaklínění musí být větší než půmět nomálové síly do téže osy. Po jeden váleček tedy musí platit: γ γ N sin < F cos γ F tg < = f, N kde f je součinitel tření stykových ploch, kteý bývá běžně 0,11-0,13 a γ se pakticky volí s ezevou 4-1. Nomálovou sílu N lze učit z přenášeného točivého momentu: M = F. R 1. i = N. tg(γ/). R 1. i N = M. cotg(γ/) / R 1. i, kde i je počet válečků, kteý bývá 8-0. Tato nomálová síla vyvolává namáhání povchových ploch věnce, jáda a válečků dotykovým (kontaktním) napětím, kteé lze učit pomocí Hetzova vzoce. Rozhodující je napětí ve styku válečku s jádem. Pozn.: Hetzův vzoec byl odvozen po sílu směřující kolmo k dotykové ploše, což zde není přesně splněno, přesto lze vzoec s úspěchem použít. N E 1 1 σ = 0,418 +, l R kde l je činná délka válečku v mm, volí se l = (3 až 6)., E je modul pužnosti mateiálu, po ocel E =, MPa. V případě, že má jádo ovné stykové plochy, vzoec se zjednoduší na tva: N E σ = l Přípustná dotyková napětí u ocelových ploch o tvdosti 6-64 HRc bývá po nejnižší převodový stupeň hodně vysoké MPa. S ohledem na životnost součástí volnoběžky, zvláště jáda a věnce, je vhodné počítat se spodní hanicí. Použití Volnoběžky se používají nejčastěji po kátkodobé a dočasné spojení dvou částí převodného ústojí. Například po umožnění bždění vozidla motoem u motoových vozidel s někteými automatickými spojkami, po automatické řazení někteých ychlostních stupňů v automatických převodovkách, k automatickému spínaní pohonu někteé nápavy a podobně. Někdy se používají jako ústojí tvale zařazené do činnosti převodného ústojí automobilu. V minulosti byly tyto konstukce časté u automobilů s dvoudobým motoem (Watbug, 4

25 Tabant aj.). Mělo to své výhody, neboť při náhlém poklesu otáček motou (například při uvolnění pedálu akceleátou) přeušila volnoběžka spojení mezi motoem a hnanými koly automobilu a moto mohl běžet dál při volnoběžných otáčkách. Přineslo to zejména: - úspou paliva, - snížení opotřebení motou, - zamezení smýkání, - tišší, klidnější a pužnější jízdu, - usnadnění řazení na nižší převodové stupně (ob..13). Ob..13: Volnoběžka konstukčně vřazená mezi spojkový kotouč a převodovku Při zařazeném 4. ychlostním stupni se otáčí kolo z ychleji než z 4. Během řazení na 3. ychlostní stupeň dochází na základě tření synchonyzátoů řadící spojky k uychlování kol z 4, z 3, z 1, hnacího hřídele převodovky a hřídele spojky včetně spojkového kotouče. Vložená volnoběžka dle obázku usnadňuje řazení a snižuje opotřebení synchonyzátoů neboť po ozpojení volnoběžky je uychlovaná hmota menší o hmotnost spojkového kotouče s jeho hřídelem. 5

26 3 Převodovky Účel převodovek Účel převodovky motoového vozidla vyplývá z potřeby zabezpečit základní jízdní funkce vozidla: Využitelný ozsah otáček spalovacího motou od n Mmax do n max ) je poměně velmi malý ve sovnání s potřebným ozsahem ychlosti vozidla (od 0 do v max ). Poto je nezbytné zařízení, kteé změnou převodového poměu mezi motoem a hnacími koly vytvoří situaci, kdy má vozidlo při nižší ychlosti větší točivý moment na hnacích kolech. Otáčky a točivý moment motou se přitom mění jen málo. Tak lze pokýt i s malým ozsahem využitelných otáček potřebný velký ozsah otáček hnacích kol a přitom je vždy k dispozici dostatečně velký točivý moment po překonání jízdních odpoů. Změna převodu umožňuje motou pacovat ve vhodné oblasti jeho ychlostní chaakteistiky i při zvýšených jízdních odpoech za cenu snížení jízdní ychlosti vozidla. Základním účelem převodovky motoových vozidel je tedy přizpůsobit malý využitelný ozsah otáček a točivého momentu motou potřebnému velkému ozsahu ychlostí a hnací síly vozidla. Většina motoových vozidel (dvoustopá vozidla povinně) musí umožňovat jízdu vzad (couvání). Dalším účelem převodovky tedy je, v případě potřeby měnit smysl otáčení hnacích kol a umožnit tak vozidlu jízdu vzad. Po zajištění maximální jízdní pohotovosti motoového vozidla je nezbytné, aby i u stojícího vozidla mohl běžet hnací moto. Účelem převodovky je tedy i umožnit tvalé ozpojení přenosu točivého momentu od motou na hnací kola. Požadavky kladené na převodovky motoových vozidel Z účelu převodovek vyplývají i hlavní požadavky kladené na převodovky: umožnit změnu převodového poměu umožnit zpětný chod vozidla umožnit ozpojení přenosu točivého momentu od motou na hnací kola vozidla. Dále je třeba zabezpečit: vysokou mechanickou účinnost nízkou úoveň hluku a vibací malé ozměy nízkou hmotnost dlouhodobou povozní spolehlivost a životnost výobní jednoduchost a nízkou cenu. U stupňovitých převodovek s ozubenými koly musí být ještě navíc: zabezpečeno řazení jednotlivých stupňů bez ázů. K tomu je třeba zajistit vyovnání obvodových nebo úhlových ychlostí zapínaných částí (řidič, synchonizace) znemožněno současné zařazení dvou převodů zamezeno samovolnému vyřazení nebo zařazení jednotlivých převodových stupňů. Rozdělení převodovek 6

27 Převodovky motoových vozidel lze ozdělit podle ůzných hledisek, podle duhu převodů, podle způsobu změny převodového poměu a podle duhu řazení ychlostních stupňů. Podle duhů převodů se převodovky dělí na: převodovky s ozubenými koly, kteé se dále dělí podle uspořádání ozubených kol na převodovky dvouhřídelové tříhřídelové planetové třecí převodovky, kteé mají převody vytvořeny třecími koly; převodový pomě se mění změnou polohy jednotlivých kol řemenové převody točivý moment přenášejí také třením, ale mezi kola (řemenice) je vložen klínový řemen hydostatické převodovky hydodynamické měniče elektické převody. Podle způsobu změny převodového poměu se převodovky dělí na: převodovky stupňové se stupňovou změnou převodového poměu; do této skupiny patří všechny převodovky s ozubenými koly, staší převodovky třecí a řemenové (zvláště s plochými řemeny) převodovky plynulé s plynulou změnou převodového poměu; do této skupiny patří novější převodovky třecí a řemenové, modení převodovky řemenové, hydostatické převodovky, hydodynamické měniče a elektické převody. Podle duhu řazení ychlostních stupňů se převodovky dělí na: převodovky s přímým řazením, u nichž se jednotlivé ychlostní stupně řadí pouze silou řidiče převodovky s nepřímým řazením, u nichž řidič řadí ychlostní stupně postřednictvím pomocného zařízení (síly pužiny, tlaku vzduchu nebo kapaliny, elektomagnetické síly a podobně) převodovky samočinné u nichž řazení ychlostních stupňů a změna převodového poměu pobíhá samočinně, automaticky podle okamžitých podmínek jízdy (například podle otáček a zatížení motou, ychlosti jízdy, jízdních odpoů a podobně). 3.1 Stupňové převodovky s ozubenými koly Základní pojmy Mezi základní pojmy řadíme základní převod i 0, ozsah převodových stupňů R i a odstupňování převodů. 7

28 Základní převod i o je nejmenší celkový převod mezi motoem a hnacími koly. Jedná se o součin stálého převodu a nejmenšího převodu převodovky. Základní převod je převod, při kteém vozidlo nejčastěji jede. Učuje polohu ovnovážného stavu při jízdě vozidla maximální ychlostí po ovině. Má důležitý vliv na dynamické vlastnosti vozidla a na pacovní ežim motou. Rozsah převodových stupňů R i je pomě maximálního celkového převodového poměu mezi motoem a hnacími koly i c max a základního převodu i 0 : Odstupňování převodů R i ic i = max 0 Pětistupňová převodovka umožňuje použít převody i 1, i, i 3, i 4, a i 5. Označme poměy sousedních převodů: i i 1 i i3 i4 = q1, = q3, = q34, = q45, i i i 3 i 1 / i = q 1, i / i 3 = q 3, i 3 / i 4 = q 34, i 4 / i 5 = q 45, Jestliže platí: q 1 = q 3 = q 34 = q 45 = q, pak jsou převody odstupňovány podle geometické řady a mluvíme o geometickém odstupňování převodovky. Maximální přípustný pomě dvou po sobě následujících převodů q musí být menší, nanejvýš oven poměu maximálních otáček n max a otáček, při kteých moto ozvíjí maximální točivý moment n Mmax : Počet převodových stupňů n v geometicky odstupňované převodovce učíme takto: i = i q = i q = i q =... = i q 1 3 q 4 4 i = = Ri i n 1 1 ( n 1) ln q = ln R i n n M max 5 3 n 1 n ln Ri n = + 1 ln q Je tomu tak poto, aby ychlost vozidla (otáčky motou) při řazení na vyšší převodový stupeň neklesla pod ychlost při níž je vozidlo na daném ychlostním stupni poháněno maximální hnací silou. Takto učené číslo n se zaokouhluje na nejbližší větší celé číslo. Volíme tak větší počet převodových stupňů než je nejmenší potřebný a tím i menší pomě sousedních převodů q. q n max 8

29 Ob. 3.1: Pilový diagam geometického a pogesivního odstupňování převodovky Dobý přehled o ozvžení převodových stupňů dává tzv. pilový diagam (ob. 3.1). Ukazuje ozdělení převodových stupňů, umožňuje odečtení největší a nejmenší ychlosti na jednotlivých převodových stupních a spolu s ychlostní chaakteistikou motou umožňuje posoudit, zda jsou převodové stupně vhodně zvoleny. Pilový diagam geometicky odstupňované převodovky zřetelně ukazuje nevýhodu geometického odstupňování. Spočívá v poměně velkém ozdílu ychlostí mezi sousedními převodovými stupni (I-II, IV-V). Aby se odstanila tato nevýhoda, volí se tzv. pogesivní odstupňování převodovky. Součinitel q v tomto případě není konstantní, ale zmenšuje se se zmenšováním převodu: q1 > q3 > q34 > q45 Stupeň pogesivity může být zvolen například tak, že pomě dvou po sobě následujících poměů převodů q je konstantní: q q 1, 3, q3, q34, = = = y = konst. q q Rozsah převodových stupňů 5-ti stupňové převodovky je Odtud lze učit hodnotu y: 34, 45, i1 i1 i i3 i4 Ri = = = i5 i i3 i4 i5 = q1 q3 q34 q45 = 3 = y q45 y q45 yq45 q45 = 6 4 = y q 45 y = Ri 4 q Známe-li ozsah převodových stupňů R i, zvolíme nejmenší pomě sousedních převodů q 45 a učíme y a ostatní q. Po odzkoušení může být zvoleno jiné odstupňování tak, aby se dosáhlo kompomisu mezi velkým ozsahem převodových stupňů a malými převodovými skoky. Základní duhy stupňových převodovek Podle uspořádání hnacího a hnaného hřídele ozlišujeme 9

30 převodovky předlohové planetové. Převodovky s předlohovou hřídelí bývají konstuovány jako souosé (tříhřídelové) nesouosé (dvouhřídelové). Nesouosé i souosé převodovky mohou mít řazení přesouváním ozubených kol, zubovými spojkami, synchonizované a automatické. Automatické převodovky bývají vždy souosé. Dále se dělí předlohové převodovky na jednoskupinové víceskupinové. Souosé převodovky Souosá převodovka (ob. 3.) má tři hřídele: hnací hřídel (vstupní hřídel, pomocný hřídel spojky), předlohový hřídel (předlohu, stomeček ) a hnaný (výstupní) hřídel. Točivý moment se přenáší ze vstupního hřídele na předlohový hřídel malým ozubeným kolem, kteé je ve stálém záběu s největším kolem předlohového hřídele. Každé kolo předlohového hřídele je v záběu s příslušným kolem výstupního hřídele. Tříhřídelová převodovka umožňuje tzv. přímý zábě s největší možnou účinností, kdy je točivý moment přenášen ze vstupního hřídele zubovou spojkou přímo na výstupní hřídel bez účasti ozubených kol. I v tomto případě se předlohový hřídel otáčí, ale nepřenáší žádný točivý moment. Tříhřídelová převodovka tedy má při přímém záběu nejvyšší účinnost, ale při všech ostatních převodech jsou v záběu vždy dva páy ozubených kol. Při zpětném chodu navíc ještě vložené kolo, kteé mění smysl otáčení výstupního hřídele převodovky. Tříhřídelová převodovka se používá v případě, kdy jsou moto, převodovka a poháněná nápava umístěny ve vozidle v řadě za sebou. Tak je tomu například u klasické koncepce osobního automobilu. Také automatické převodovky jsou vždy souosé konstukce. Pěti ychlostní souosé převodovky Ob.3.: Schéma souosé, tříhřídelové převodovky 30

31 Rozlišují se dvě konstukce. Pvní má 5. ychlostní stupeň vytvořený jako přímý zábě, duhá má jako přímý zábě 4. ychlostní stupeň a 5. ychlostní stupeň je konstuován jako ychloběh. Nesouosé převodovky Nesouosá převodovka má pouze dva hřídele: vstupní a výstupní (ob. 3.3). Točivý moment je v této převodovce přenášen u všech převodových stupňů pouze jedním páem ozubených kol. Výjimku tvoří jen převod zpětného chodu, kde se vloženým kolem mění smysl otáčení na výstupu z převodovky. Celková účinnost takové převodovky je obecně velmi dobá. Nelze zde však ealizovat přímý zábě. Dvouhřídelová převodovka se nejčastěji používá u vozů s tzv. blokovou konstukcí, kdy je moto spolu s převodovkou a ozvodovkou umístěn u hnací nápavy. Ob. 3.3: Schéma nesouosé, dvohřídelové převodovky Poznámky ke stanovení počtu zubů a převodů Počty zubů jednoho páu vzájemně zabíajících kol mají být voleny tak, aby jejich pomě nebyl celé číslo. Například: hnací kolo má 17 zubů, hnané 35, jejich převodový pomě je 35/17=.06. Kolo s 35 zuby se otočí 17 kát, kolo se 17 zuby 35 kát, než přijdou do záběu opět stejné zuby! Bylo by nespávné volit počet zubů 34 a 17, potože odpovídající převodový pomě by byl 34/17=.00, tedy celé číslo. Tuto podmínku je třeba dodžovat především u počtu zubů talířového kola a pastoku stálého převodu, například 1/49 ne 1/48, nebo 9/35 ne 9/36. Díky takovému necelému poměu zubů je vyloučeno, aby při každé otáčce přišly do styku stejné body ploch zubů. To má velký význam po ovnoměné opotřebovávání zubů. Celkový převodový pomě u osobních automobilů na nejnižším převodovém stupni leží v ozmezí 1-16, na nejvyšším převodovém stupni 3-4. Osobní automobily jsou stále častěji vybavovány pětistupňovými převodovkami. Přitom je třeba ozlišovat tři duhy převodovek: 1. Rozsah převodových stupňů R i se ozdělí místo na čtyři na pět stupňů. Výhodou je jemnější odstupňování převodovky, skoky mezi jednotlivými stupni jsou menší a moto lze snadněji udžovat v příznivém ozsahu otáček. Taková převodovka dává při spávném 31

32 řazení ve spávném okamžiku velmi příznivé hodnoty zychlení vozidla. Dosažitelná maximální ychlost vozidla se však opoti čtyřstupňovému povedení převodovky nezmění.. Pátý stupeň se posune poněkud vzhůu při ponechání stejného převodu na pvním stupni. Tím je dosaženo při dalším jemnějším odstupňování převodovky také poněkud vyšší maximální ychlosti. Tak je konstuována pětistupňová spotovní převodovka např. u VW Golf nebo Sciocco. Následuje poovnání čtyř a pěti stupňové převodovky, jejich celkových převodů a příslušných ychlostí vozidla při stejných otáčkách motou /min a stejném obutí: R//1,33/47//1,33/47, 1.//13,45/44//13,45/44,.//7,55/78//8,5/71, 3.//5,0/117//5,63/105, 4.//3,77/156//4,40/134, 5.//-/-//3,55/166. Hodnoty ukazují zřetelně menší skoky mezi vyššími převodovými stupni u pětistupňové převodovky a o 10 km/h vyšší maximální ychlost. Převody zpětného chodu a pvního stupně jsou stejné. 3. Zachová se odstupňování původní čtyřstupňové převodovky a pátý stupeň se posune ještě výš (má menší převodový pomě). Pátý stupeň se tak stává skutečným ychloběhem nebo úsponým ychlostním stupněm. Řadí se po dosažení požadované ychlosti na 4. převodovém stupni. Tato jízdní ychlost je dále udžována při nižších otáčkách motou. Pátý stupeň takto konstuované převodovky je označován jako ekonomický (E - economy = hospodáný, enegii šetřící). V minulosti k tomuto účelu sloužil Ovedive, planetová převodovka s převodem doychla, konstukčně uspořádaná za čtyřstupňovou převodovkou. Následuje poovnání převodových poměů čtyř a pěti stupňové převodovky automobilu Audi 100: 1./3,6/3,6,./1,94/1,94, 3./1,3/1,3, 4./0,90/0,90, 5./---/0,68. Jednoskupinové převodovky Tyto převodovky mají po každý převodový stupeň jeden vlastní pá ozubených kol (s výjimkou přímého záběu a zpětného chodu). Ke změně převodového stupně je nutno jednu řadící spojku zapojit a jinou uvolnit. Jednoskupinové převodovky se používají zpavidla u osobních automobilů. U nákladních automobilů se používají za předpokladu, že stačí maximálně 7 převodových stupňů. Výhody: volná volba převodů, snadné řazení Nevýhody: větší množství ozubených kol a řadících pvků, vyšší konstukční náklady. Víceskupinové převodovky Skládají se z několika jedno skupinových převodovek jejichž převody mohou být navzájem ůzně kombinovány. Přitom jsou jednotlivé páy ozubených kol a jednotlivé adící pvky využívány ve více převodových skupinách. Poto při změně převodového stupně musí být uvolněno a uzavřeno více řadících pvků. Výhoda: větší počet převodových stupňů ealizovaných menším počtem páů ozubených kol a řadících pvků. Dvouskupinové převodovky 3

33 Mají vlastní (hlavní) převodovku a před ní nebo za ní další měnitelný převod, kteý zdvojnásobuje počet převodových stupňů hlavní převodovky (včetně zpětného chodu). Je-li další měnitelný převod před hlavní převodovkou jedná se o předřazenou skupinu (ob. 3.4), je-li za hlavní převodovkou, pak hovoříme o následné skupině (ob. 3.5). Ob. 3.4: Schéma dvouskupinové převodovky s předřazenou skupinou Ob. 3.5: Schéma dvouskupinové převodovky s následnou skupinou Převod předřazené skupiny bývá zpavidla volen tak, že všechny převodové stupně hlavní převodovky jsou ozpůleny. Výhody: jednoduchá konstukce, malý převod přídavné skupiny, nejsou-li jízdní odpoy příliš velké (např. není-li vozidlo plně zatíženo) není třeba předřazenou převodovku používat a tím se usnadňuje páce při řazení. Nevýhody: velké převody v hlavní převodovce, častější změna skupin, nutné geometické odstupňování hlavní převodovky, aby se odstanily neovnoměné převodové skoky. 33

34 Převod následné skupiny bývá zpavidla volen tak, že všechny převodové stupně jsou zdvojnásobeny (dvojnásobně v činnosti). Výhody: malé převody v hlavní převodovce, pogesivní odstupňování hlavní převodovky. Třískupinové převodovky Třískupinové převodovky mají přídavný převod vpředu i vzadu. Používají se tehdy, je-li k povozu vozidla zapotřebí více než 10 ychlostních stupňů. Každý další přídavný převod zdvojnásobuje počet ychlostních stupňů původní převodovky. To znamená, že třískupinová převodovka se čtyřmi převodovými stupni má celkem 4 = 16 ychlostních stupňů. Nevýhodou takové koncepce je skutečnost, že poměně často musí být současně ovládány dva nebo i tři řadící pvky. K usnadnění řazení poto bývají často využívána pneumatická a elektonicko pneumatická zařízení. Řazení ychlostních stupňů Stupňové převodovky s ozubenými koly mívají řazení jednotlivých převodových stupňů ealizované posuvnými koly, zubovými spojkami, spojkami se synchonizací, samočinně, automaticky. Řazení posuvnými koly Řazení posuvnými koly je nejstaší a z hlediska konstukčního i nejjednodušší způsob řazení ychlostních stupňů. Běžně se používalo v minulosti. Dnes se využívá tento způsob po řazení zpětného chodu, méně často po řazení 1. ychlostního stupně. Při tomto způsobu řazení se jedno z ozubených kol převodové dvojice axiálně posouvá řadící vidlicí do záběu s duhým kolem, kteé zůstává ve své původní pozici (ob. 3.6). Bezhlučné řazení, bez nebezpečných ázů je podmíněno vyovnáním obvodových ychlostí obou spojovaných kol. Toho je možné dosáhnout vhodnou manipulací spojkového a akceleačního pedálu vozidla. Při řazení vyššího převodového stupně je třeba nejpve zpomalit předlohový, případně vstupní, hřídel převodovky (viz pilový diagam). To umožní dvojí sešlápnutí spojky. Při pvém se vyřadí nižší stupeň. Následným uvolněním spojkového pedálu se spojka spojí a moto při uzavřené šktící klapce (volnoběžné dodávce paliva) svými pasivními odpoy zpomalí vstupní hřídel převodovky. Při duhém sešlápnutí spojky ji opět ozpojíme po zařazení požadovaného vyššího ychlostního stupně. 34

35 Ob. 3.6: Řazení posuvným kolem Při řazení nižšího převodového stupně je třeba nejpve uychlit otáčení vstupního a předlohového hřídele. Toho lze dosáhnout řazením s meziplynem. Mezi popsaným dvojím vyšlápnutím spojky se při sepnuté spojce kátce sešlápne akceleační pedál a moto uychlí vstupní, esp. předlohový, hřídel převodovky. I při dodžení popsaných postupů řazení dochází k ázům v ozubení, jejich intenzita závisí na zkušenosti a citu řidiče. Řazení zubovými spojkami Ob. 3.7: Řazení zubovými spojkami Řazení zubovými spojkami přineslo značné usnadnění pocesu učního řazení a zmenšilo nebezpečí ázů (ob. 3.7). Obě kola soukolí příslušných převodů jsou ve stálém záběu a jedno z nich je na svém hřídeli volně otočné. Neotáčivého spojení tohoto kola s hřídelí se dosáhne jeho spojením se zubovou spojkou, kteá je posuvně uložena na dážkované části stejné hřídele. K jejich spojení slouží ozubení zubové spojky. Vzhledem ke značně menšímu půměu ozubení spojky se snadněji vyovnávají obvodové ychlosti spojovaných částí. Tento 35

36 způsob řazení se ojediněle vyskytuje ještě u nákladních automobilů. Vyžaduje zkušenost, zučnost a výše popsanou manipulaci se spojkovým a akceleačním pedálem. Synchonizované řazení Řazení spojkami se synchonizací je v podstatě řazení zubovými spojkami, kteé jsou v tomto případě doplněny zařízením po samočinné vyovnání (synchonizaci) obvodových ychlostí spojovaných částí (kola a jeho hřídele). Synchonizace umožňuje řazení jednotlivých stupňů ychle, bezhlučně a bez ázů. Modení převodovky mají kola všech převodových soukolí ve stálém záběu. To umožňuje povedení ozubených kol s šikmým ozubením, kteé mají klidnější a tišší chod. Řazení všech převodových stupňů je synchonizováno. Výjimku tvoří soukolí a řazení zpětného chodu. Podle spolehlivosti synchonizace ozlišujeme synchonizaci: jednoduchou, jištěnou (cloněnou). Jednoduchá synchonizace Jednoduchá (nomální) synchonizace s pužně omezenou přítlačnou silou je znázoněna na obázku 3.8. Ob. 3.8: Pincip jednoduché synchonizace 36

37 Řadící objímka se přesouvá po dážkování náboje řadící objímky. Samovolnému posunutí objímky bání tři kuličky přitlačované do dážky v objímce v adiálním směu působícími vinutými pužinami. Při řazení přesouvá řadicí vidlice řadicí objímku směem k ozubenému kolu. Přitom dochází ke tření mezi bzdným kuželem řadicí objímky a třecím kuželem spojkového tělesa a vyovnávají se (synchonizují) jejich otáčky. Při použití velké řadící síly (nedočkavého řidiče) dochází k pokusu o zařazení ychlostního stupně bez vyovnání obvodových ychlostí spojovaných částí a řazení je povázeno nebezpečnými ázy. poto se tento způsob synchonizace již téměř nepoužívá. Byl nahazen jištěnou (cloněnou) synchonizací. Jištěná synchonizace Konstukce jištěné synchonizace (ob. 3.9) je doplněna o clonící koužek (5), kteý nedovolí přesunout řadící objímku dokud nejsou obvodové ychlosti spojovaných částí dokonale synchonizovány. Vsunutí vnitřního ozubení řadicí objímky (1) mezi vnější ozubení řadící spojky převodového kola (Z) bání vnější ozubení (často pouze tři vhodně tvaované výstupky) clonícího koužku. Ten uvolní cestu svým pootočení tepve po vyovnání obvodových ychlostí spojovaných částí. Ob. 3.9: Pincip jištěné synchonizace 37

38 Zajišťovací ústojí Zajišťovací ústojí převodovky znemožňuje současné zařazení dvou ychlostních stupňů, bání samovolnému zařazení a vyřazení ychlostního stupně. Uspořádání a činnost zajišťovacího ústojí čtyřstupňové převodovky schématicky znázoňuje obázek Současné zařazení dvou ychlostních stupňů bání zámek S, kteý dovoluje v dané chvíli pohyb jen jedné řadící tyči. Samovolné zařazení a vyřazení znemožňuje aetace G. Ob : Zajišťovací ústojí Řadící ústojí Řazení ychlostních stupňů může být: přímé, nepřímé. Přímé řazení ychlostních stupňů obstaává řidič vlastní silou, nepřímé vykonává z popudu řidiče zvláštní řadící ústojí. Po zařazení ychlostního stupně vykoná řadící páka (1) nejpve volící pohyb, kteým řadicí palec () vybee příslušnou řadící tyč (3) s řádící vidlicí (4), pak následuje řadící pohyb spojený s přesunem řadicí objímky ve směu zařazení uvažovaného ychlostního stupně (ob. 3.11). Pokud není řadící páka umístěna přímo na skříni převodovky, jsou mezi řadící páku a řadicí palec vložena táhla, kteá mohou být i velmi dlouhá, například u autobusu s motoem a převodovkou umístěnými vzadu. Pohyby řadící páky pak musí být na převodovce opět převedeny v příslušné volící a řadící pohyby řadícího palce (ob. 3.1). Po řazení převodovek těžkých motoových vozidel je často nezbytné použít pneumatický posilovač řazení (ob. 3.13), kde (1) je řídící ventil, () páka po připojení řazení, (3) řadící 38

39 táhlo, (4) dvoupolohový vzduchový válec, (5) hydaulický tlumič s připojeným zásobníkem oleje, (6) přívod tlakového vzduchu ze vzduchojemu. Ob. 3.11: Činnost řadícího ústojí Ob. 3.1: Dálkové mechanické ovládání převodovky 39

40 Ob. 3.13: Pneumatický posilovač řazení 3. Převodovky řazené pod zatížením Umožňují změnu převodového stupně bez přeušení hnací síly vozidla. Takové vozidlo plynule zychluje bez řadících přestávek tím lze docílit lepších jízdních výkonů při plném zatížení významné po vozidla s motoy přeplňovanými tubodmychadly, potože při řazení není nutno přeušit dodávku paliva ( ubat plyn ) a tím je zabáněno poklesu plnícího tlaku. při částečném zatížení není třeba ovládat spojkový pedál, změna převodových stupňů je jednoduší u vícestupňových převodovek se zjednodušuje řazení a tím se zvyšuje pohodlí řidiče, snižuje jeho únava, zvyšuje bezpečnost silničního povozu. Dvoutoké převodovky s řazením pod zatížením Pincip dvoutoké (dvousetvačníkové) převodovky Posche PDK (podobná je v závodním voze Posche 96) ilustuje schéma na ob Ob. 3.14: Schéma dvoutoké převodovky a možností řazení Točivý moment je od motou do převodovky přiváděn dvěmi souosými hřídeli přes spojky S1 a S. Při ozpojených spojkách lze příslušnou zubovou řadící spojkou neotočně spojit ozubené kolo libovolného převodového stupně s jeho hřídelí. Zařazení převodového stupně je uskutečněno sepnutím jedné z dvojice spojek S1 nebo S příslušné k danému hřídeli. Při 40

41 změně převodového stupně se nejpve zubovou spojkou spojí ozubené kolo zvoleného převodu s hřídelí příslušné altenativní spojce a potom se původně sepnutá spojka ozpojuje za současného spojování altenativní spojky. Při přenosu točivého momentu jednou hřídelí lze řadit libovolný převod na duhé hřídeli. Spojky S1 a S slouží jak po řazení, tak po ozjezd vozidla. Schéma v dolní části obázku znázoňuje možné způsoby řazení, lze je také snadno odvodit i z obázku honího. Převodové stupně a spojky jsou ovládány hydaulicky, řazení je manuální nebo je řízeno elektonicky poloautomaticky nebo plně automaticky. Planetové převodovky Umožňují také řazení jednotlivých stupňů pod zatížení, bez přeušení přenosu točivého momentu. Opoti dvoutokým (čelním) soukolím mají řadu výhod: točivý moment je přenášen několika satelity, v ozubení působí menší síly, modul ozubení může být menší ložiska všech otočně uložených částí s výjimkou satelitů nejsou zatěžovaná adiálními silami, neboť tyto síly se navzájem vyuší planetové soukolí při spávné konstukci velmi dobře vyplňuje zaujímaný posto planetové soukolí je schopno velmi dobře přenášet i vysoké otáčky. Nevýhodou planetových převodovek je jejich velká složitost při větším počtu převodových stupňů. Poto se upouští od konstukce čtyř a pěti stupňových převodovek typu Wilson a používají se převážně dvou a třístupňové převodovky se zpětným chodem. Kombinují se s hydodynamickou spojkou nebo měničem. Jejich řazení je ovládáno většinou poloautomaticky nebo zcela automaticky. Planetová soukolí se uplatňují také v konstukci difeenciálů a ozvodovek, jako edukce v kolech hnací nápavy a v přídavných převodovkách. 41

42 4 Spojovací a kloubové hřídele Spojovací a kloubové hřídele jsou učeny ke stálému přenosu točivého momentu mezi jednotlivými částmi převodného ústojí. 4.1 Spojovací hřídele Spojovací hřídele zajišťují spojení souosých částí převodného ústojí, jejichž vzájemná poloha se při povozu vozidla nemění. Používají se v případech, kdy jednotlivé části převodného ústojí jsou konstukčně pevně spojeny a tvoří část nosného ámu vozidla. Typickým příkladem zde mohou posloužit nákladní vozidla Tata s páteřovým ámem (ob. 4.1). 4. Kloubové hřídele Ob. 4.1: Nákladní vozidlo s páteřovým ámem Kloubové hřídele slouží ke spojení částí převodného ústojí, kteé nemají souosé hřídele nebo svoji vzájemnou polohu při povozu vozidla mění. Tento případ přenosu točivého momentu mezi konstukčními skupinami kolových vozidel je daleko častější. Kloubové hřídele mohou mít jeden, dva nebo tři klouby. Nejjednodušší je kloubový hřídel s jedním kloubem. Toto jednoduché uspořádání však způsobuje neovnoměné otáčení výstupního hřídele. I když se vstupní hřídel otáčí ovnoměně, úhlová ychlost výstupního hřídele se během jedné otáčky mění. Neovnoměnost závisí na velikosti úhlu výklonu spojovaných hřídelí. Ob. 4.: Kloubový hřídel s jedním kloubem Kloubový hřídel s jedním kloubem se používal u někteých staších automobilů ke spojení převodovky uložené v ámu vozidla a ozvodovky tvořící část hnací nápavy vozidla (ob. 4

43 4.). Při tomto jednoduchém uspořádání je nezbytné zachytit eakční moment hnací nápavy a hnací esp. bzdné síly, například upevněním touby kloubového hřídele k příčce ámu pomocí suvného kulového závěsu. U modeních vozidel se nejčastěji používají kloubové hřídele se dvěma klouby (ob. 4.3). Používají se především ke spojení odpužené skupiny s neodpuženou skupinou, jejichž vzájemná poloha se mnění vlivem pužení vozidla, ale také ke spojení skupin, kteé obě patří k odpuženým hmotám, kdy kloubový hřídel umožňuje změny vzájemné polohy hřídelů, ke kteým dochází vlivem pužného uložení v ámu, případně kompenzuje defomace ámu a výobní nebo montážní nepřesnosti. Ob. 4.3: Kloubový hřídel se dvěma klouby Kloubový hřídel se třemi klouby se používá z postoových důvodů, nebo ke zkácení délky kloubové hřídele po zajištění vyšších kitických otáček hřídelí (jsou nepřímo úměné duhé mocnině délky hřídelí). Kloubová hřídel se třemi klouby je upostřed uložena (ob. 4.4). Ob. 4.4: Kloubový hřídel se třemi klouby U vozidel s pohonem všech kol se používá vetší počet kloubových hřídelů. Točivý moment se může například přenášet z převodovky kátkým kloubovým hřídelem do přídavné ozdělovací převodovky a z ní jedním kloubovým hřídelem k ozvodovce zadní nápavy a duhým kloubovým hřídelem k ozvodovce přední nápavy. U třínápavových teénních automobilů lze použít tzv. paalelní pohon zadní dvojice nápav, kdy má každá nápava vlastní samostatný pohon, nebo tzv. tandemový (půchozí) pohon zadní dvojice nápav. V případě samostatného pohonu každé z dvojice zadních nápav bývá dlouhý kloubový hřídel uložen v opěném ložisku, připevněném buďto k ámu vozidla, nebo k postřední nápavě. 43

44 Komě pohonu nápav se kloubových hřídelů často používá i k pohonu účelových zařízení vozidel jako je naviják, lodní šoub atd. Příčné kloubové hřídele Příčné kloubové hřídele se používají u automobilů s výkyvnými polonápavami, kdy ozvodovka tvoří součást odpužené hmoty vozidla a kola vozidla při pužení vykyvují. Hnací hřídel kol musí mít nejméně jeden kloub (ob. 5.8). Ob. 5.8: Hnací hřídele kol U čtyřúhelníkových výkyvných nápav, kdy je každé kolo zavěšeno na dvou příčných amenech, musí mít hnací hřídele kol z kinematických důvodů dva klouby (ob. 5.9). Ob. 5.9: Hnací hřídele čtyřúhelníkové nápavy U vozidel s pohonem předních kol musí mít hnací hřídele kol po jednom kloubu, kteé umožní výklon kol při řízení vozidla (ob. 5.10). Má-li takové vozidlo i výkyvnou polonápavu, musí mít každá hřídel dva klouby dle schématu na ob. 5.9., jeden v ozvodovce nebo blízko ní, duhý v ose ejdového čepu. Ob. 5.10: Hnací hřídel řídicích kol Kloubové hřídele spojující dvě převodná ústojí, jejichž vzájemná poloha se ze povozu vozidla mění mívají výklon os cca Kloubové hřídele zajišťující řízení vozidla musejí umožnit výklon až

45 Požadavky na spojovací a kloubové hřídele Kloubové hřídele musí zajistit: spolehlivý přenos točivého momentu v požadovaném ozmezí výklonu os spojovaných částí, synchonní pohyb spojovaných částí, klidný chod - kitické otáčky hřídelí musí být vždy vyšší než jejich maximální povozní otáčky. Poznámky ke konstukci spojovacích a kloubových hřídelí Spojovací i kloubové hřídele mají vždy kuhový půřez a jsou většinou zhotoveny z tenkostěnných tubek, čímž je dosaženo jejich vyšších kitických otáček. Z plného mateiálu se dělají pouze kátké nebo vícekát uložené hřídele s nízkými otáčkami, např. hnací hřídele kol. Kitické otáčky lze učit dle vztahu: ω k [ ] 4 D d 4 D = 1, 8 10, esp. ω = 1, 8 10 ad / s, l kde D je vnější půmě tubky kloubového hřídele, d je její vnitřní půmě hřídele, l je délka hřídele. Vzhledem k možné menší tuhosti, případné nevyváženosti a vůli je třeba takto učené kitické otáčky snížit na 60-80%. Konce hřídelů jsou uzpůsobeny po připojení spojovaných částí. Spojovací hřídele Duté spojovací hřídele bývají opatřeny přivařenými dážkovanými unášeči případně dážkovanými nástavci. Na koncích plných spojovacích hřídelí bývají dážky (ob. 5.11). k l Kloubové hřídele Ob. 5.11: Konstukce spojovacích hřídelů 45

46 Kloubové hřídele bývají zakončené kuželovým nástavcem, dážkovaným nástavcem, unášečem s příubou, dvouamenným unášečem nebo jejich kombinacemi (ob. 5.1). Ob. 5.1: Konstukční povedení kloubových hřídelů V případech, kdy se při vzájemné změně polohy spojovaných částí, mění i délka kloubového hřídele je nezbytné povedení s dážkovaným nástavcem po němž se posouvá unášeč. Dážkové spojení je třeba mazat a chánit před nečistotami. Takovou situaci ilustuje ob Ob. 5.13: Kompletní kloubový hřídel s kompensací délky Dážky jsou mazány mazací hlavicí 9 a cháněny před znečištěním ochannou pyžovou manžetou 5. Přebytečný tuk se shomažďuje v postou 7. Čepy křížového kloubu a jehlové ložisko 3 jsou mazány mazivem přiváděným otvoy 8 z postou 11, kam je dodáván hlavicí6. Je-li konstuován kloubový hřídel dělený na dvě části, je nutno jej upostřed uložit. U někteých osobních automobilů se uložení povádí v jediném valivém ložisku (ob. 5.14). Nástavec dutého hřídele je uložen ve vnitřním koužku kuličkového ložiska 1, jehož vnější koužek je vložen do pužného pyžového pouzda ve válcovém otvou závěsné konzoly 4. 46

47 Ob. 5.14: Uložení kloubového hřídele u osobního automobilu U nákladních automobilů se konstuuje uložení ve dvou ložiscích (ob. 5.15). Kloubový hřídel pohánějící třetí nápavu je uložen v kuželíkových ložiskách 4, umístěných ve skříňce ložisek 1, kteá je přišoubovaná čtyřmi šouby 5 k duhé (postřední) nápavě. Střední kátká spojovací část 7 kloubového hřídele má na předním (levém) konci dážkování po unášeč 8, k němuž je připojen křížový kloub předního dílu kloubového hřídele. Zadní (pavý) konec spojovacího hřídele 7 je vytvořen přímo jako unášeč po připojení křížového kloubu zadního dílu kloubového hřídele. Povozní předpětí ložisek 4 je zajištěno oběma unášeči, ozpěnou tubkou mezi ložisky a maticí 9. Skříňka je uzavřena víčky, přišoubovanými šouby 11. Mazání je zajištěno mazací hlavicí 6, úniku maziva bání hřídelová těsnění 3, cháněná odstřikovacími koužky 10. Ob. 5.15: Uložení kloubového hřídele u nákladního automobilu se dvěma hnacími nápavami 47

48 4.3 Kinematika kloubových hřídelů Rotační spojení dvou ůznoběžných hřídelů umožňuje křížový kadanův kloub (ob. 5.16). Jedná se o sféický mechanismus, u kteého lze odvodit základní vztah po úhel otočení výstupního hnaného hřídele α v závislosti na úhlu otočení vstupního hnacího hřídele α 1 a úhlu, kteý svíají osy otáčení hnacího a hnaného hřídele β a vztah po elativní natočení α - α 1 (tzv. kadanová chybu): tgα1 α = actg, cos β tgα1 α α1 = actg α1. cos β Diagam závislosti elativního natočení po ůzné úhly sklonu hřídelů β je na obázku Ob. 5.16: Pincip křížového kloubu Ob. 5.17: Diagam elativního natočení α - α 1 v závislosti na α 1 a β 48

49 Dále je třeba definovat převodový pomě křížového kloubu ω /ω 1 a stupeň neovnoměnosti chodu křížového kloubu U: dα ω cos β = dt = a ω dα sin β sin α1 dt ω max ω min 1 sin β U = = cos β = = tgβ sin β ω cos β cos β. 1 Neovnoměnost křížového kloubu oste pogesivně s ůstem úhlu β. K tomu aby se neovnoměnost otáčení odstanila, konstuují se tři hřídele s dvěma křížovými klouby do tvau písmene Z nebo V podle obázku 5.18.: Ob. 5.18: Uspořádání kloubových hřídelů po odstanění neovnoměnosti otáčení K tomu, aby se dosáhlo ovnoměnosti (stejnoběžnosti, homokinetiky) otáčení vstupního a výstupního hřídele, tj. ω 3 = ω 1 a α 3 = α 1, je nezbytné splnit tři podmínky: úhly β 1 a β se musejí navzájem ovnat: β 1 =β, obě ozvidlení středního hřídele musí ležet v jedné ovině, všechny tři hřídele musí ležet v jedné ovině, v opačném případě by nebyla splněna podmínka stejných úhlů β 1, β. Při splnění uvedených podmínek se neovnoměně otáčí pouze vložený postřední hřídel, kteý poto musí mít pokud možno malou hmotnost a malý moment setvačnosti, aby nevznikaly velké síly namáhající celý mechanismus. 4.4 Stejnoběžné klouby Pincip stejnoběžného kloubu je stejný jako vysvětlený pincip tří hřídelů se dvěma křížovými klouby. Pouze vložený spojovací hřídel je u nich zkácen na minimum. 49

50 Stejnoběžnosti se dosáhne tehdy, pokud odklon oviny, ve kteé se uskutečňuje silový přenos, od oviny kolmé k ose otáčení vstupního i výstupního hřídele je oven poloviční hodnotě úhlu sklonu obou hřídelů (ob. 5.19). Ob. 5.18: Schéma homokinetického kloubu Stejnoběžné klouby jsou nezbytné například v konstukci přední hnací nápavy, kdy její kola jsou řízena a současně přenášejí i hnací moment. V takovém případě nelze k odstanění neovnoměnosti křížového kloubu montovat dva křížové klouby, potože při poměnlivém ejdu kola by nebyly splněny výše uvedené podmínky stejnoběžnosti. U osobních automobilů s předním pohonem se používají homokinetické kuličkové klouby. Jejich neovnoměnost je teoeticky nulová, jsou kompaktní a dostatečně spolehlivé. Síly jsou přenášeny postřednictvím čtyř nebo šesti kuliček (ob. 5.19), kteé se odvalují po kuhových dahách vytvořených na vidlicích kloubu. Výhodou je i skutečnost, že mají učitý vlastní délkový posuv. Tato konstukce tedy nevyžaduje žádný délku kompensující kus jako je tomu v případě kloubových hřídelů se dvěma křížovými klouby. Ob. 5.19: Konstukční povedení stejnoběžného kloubu přední poháněné nápavy 50

51 5 Rozvodovky Rozvodovku motoového vozidla tvoří zpavidla dvě základní části: stálý převod hnací nápavy a difeenciál. 5.1 Stálý převod Stálý převod se používá u všech soudobých motoových vozidel bez ohledu na duh a uspořádání jejich převodného ústojí. Bývá umístěn zpavidla společně s difeenciálem v ozvodovce hnací nápavy. Někdy je část stálého převodu umístěna v bezpostřední blízkosti hnacích kol, potom se také někdy mluví o tzv. edukci v kolech. Účel stálého převodu Stálý převod motoového vozidla musí splnit následující úkoly: zvětšit točivý moment na hnacích kolech tak, aby vozidlo mělo dostatečnou sílu k překonání jízdních odpoů, snížit otáčky hnacích hřídelů kol, přizpůsobit ychlostní chaakteistiku motou dynamické chaakteistice vozidla, povádí se zpavidla po zařazený nejvyšší převodový stupeň v převodovce, odlehčit předcházející skupiny převodného ústojí, umožnit nesouosý přenos točivého momentu, osy spojovacích hřídelů a hnacích hřídelů kol jsou ůznoběžné nebo mimoběžné, zvětšit světlou výšku vozidla nebo snížit podlahu vozidla, např. u autobusu po snadnější nástup a výstup cestujících. Požadavky kladené na stálý převod hnací nápavy Při své činnosti musí stálý převod splňovat následující požadavky: zajistit potřebný převodový pomě, mít malé ozměy, mít nízkou hmotnost, zabezpečit plynulý chod bez ázů, vykazovat nízkou hlučnost, mít vysokou mechanickou účinnost, zajistit dlouhodobou funkční spolehlivost a dlouhou životnost. Základní uspořádání stálého převodu Existuje několik koncepčních duhů stálého převodu, kteé se navzájem od sebe liší počtem a uspořádáním ozubených kol. Rozeznáváme stálý převod: jednoduchý: kuželový (ob. 5.1), hypoidní (ob. 5.), šnekový (ob. 5.3), čelní (ob. 5.4), dvoustanný (ob. 5.5), dvojnásobný: sloučený (ob. 5.6), dvoustanný: vnitřní (ob. 5.7), 51

52 vnější: s čelním vnějším ozubením (ob. 5.8), s vnitřním ozubením (ob. 5.9), planetový (ob. 5.10), dvoustupňový: s vnějším ozubením (ob. 5.11), planetový (ob. 5.1). Ob. 5.1: Stálý převod jednoduchý, kuželový Ob. 5.: Hypoidní soukolí Ob. 5.3: Stálý převod jednoduchý šnekový 5

53 Ob. 5.4: Stálý převod jednoduchý čelní Ob. 5.5: Stálý převod jednoduchý, dvoustanný Ob. 5.6: Stálý převod dvojnásobný sloučený Ob. 5.7: Stálý převod dvojnásobný, dvoustanný, vnitřní 53

54 Ob. 5.8: Stálý převod dvojnásobný, dvoustanný, vnější s vnějším čelním ozubením Ob. 5.9: Stálý převod dvojnásobný, dvoustanný, vnější s vnitřním ozubením Ob. 5.10: Stálý převod dvojnásobný, dvoustanný, planetový Ob. 5.11: Stálý převod dvojnásobný, dvoustupňový s vnějším ozubením 54

55 Ob. 5.1: Stálý převod dvojnásobný, dvoustupňový, planetový Jednoduchý stálý převod s jedním páem převodových kol je poveden nejčastěji jako kuželové soukolí. Altenativou kuželového soukolí je soukolí hypoidní. Méně častým případem je převod šnekový. U automobilů s motoem uloženým napříč u hnací nápavy se používá stálý převod s čelním vnějším ozubením. Dvoustanný převod má dva páy ozubených kol (dva pastoky a dvě talířová kola) po jednom po každý z hnacích hřídelů obou kol nápavy. V tomto případě musí být difeenciál umístěn před stálým převodem. Potože difeenciál ozděluje točivý moment na obě soukolí ovnoměně a soukolí musí mít stejný převodový pomě, je vhodné, aby ozubená kola měla stejné vnější ozměy. Po zajištění spávné funkce je potom nutné vyosovat osy hnacích hřídelů o několik desítek milimetů. Dvoustanný převod je typický po všechny nákladní automobily Tata i po její staší automobily osobní. Jeho hlavním účelem je odstanění kloubů v hnacích hřídelích kol u automobilů s výkyvnými polonápavami. Dvojnásobný převod se skládá ze dvou převodů uspořádaných funkčně za sebou tak, že celkový převodový pomě celého soukolí je součinem převodových poměů obou převodů, například převodu kuželového a čelního. Poněvadž pvní převod je vždy jednoduchý, člení se dvojnásobné převody hnací nápavy podle uspořádání duhého převodu. Dvojnásobného převodu se používá v těchto případech: když je třeba dosáhnout velký převod v hnací nápavě bez nadměného zvětšení půměů talířového kola a tím i skříně ozvodovky, vyžaduje-li to celková dispozice vozidla, například zvětšení světlé výšky nebo snížení osy hnacích hřídelů kol atd., vyžaduje-li to unifikace konstukčních skupin po ůzné typy nebo velikosti vozidel Konstukční povedení stálého převodu V soukolích stálého převodu hnací nápavy vznikají značné adiální í axiální síly, kteé mění smysl svého působení se změnou smyslu přenášeného momentu, při jízdě vozidla vzad, při bždění motoem atd. Po dosažení dlouhodobé povozní spolehlivosti je tedy v tomto případě zvláště důležité dosáhnout dobého záběu ozubených kol, jejich dobého uložení, seřízení a tuhosti celého ústojí (kol, hřídelů, ložisek, skříní). Zvláště důležité je pečlivé uložení pastoku stálého převodu (ob. 5.13, 5.14). 55

56 Ob. 5.13: Letmo uložený pastoek stálého převodu zadní nápavy osobního automobilu Ob. 5.14: Oboustanně uložený pastoek stálého převodu těžkého nákladního automobilu Po stálý převod se nejčastěji používá kuželové soukolí, kteé může být povedeno ůzným způsobem. Přímé zuby jsou citlivé na výobní a montážní nepřesnosti a defomace při zatížení. Mají poto menší únosnost a vyšší úoveň hluku. Výhodou jsou naopak malé axiální síly v ozubení. Používají se většinou pouze po soukolí kuželových difeenciálů. Obloukové zuby mají boční čáu zubů tvořenou částí oblouku učité křivky. Tím se podlužuje délka záběu jednotlivých zubů a to má příznivý vliv na jejich únosnost, životnost i tichost chodu. Pofil zubů většiny soudobých kuželových kol s obloukovými zuby je tvořen 56

57 Ob. 5.15: Uspořádání ozvodovek zadních hnacích nápav automobilu Tata 815 křivkou, kteá se velmi blíží evolventě (sféické evolventě). Takový pofil zajišťuje čisté odvalování zubů ve styku oztečných kuželů a minimální až nulový skluz boků zubů v příčné ovině zubů. To má blahodáný vliv na malé opotřebení zubů a dobou mechanickou účinnost soukolí. Podle tvau boční čáy (oblouku) zubů ozlišujeme: Ozubení s kuhovými oblouky vyvinula ameická fimou Gleason (čti: glízn) a je podle této fimy obvykle označováno. Výška i tloušťka zubů se zmenšují směem k vcholu kužele. Ozubení paloidní má boční čau zubů přibližně ve tvau evolventních oblouků (paloidy), nazývá se nejčastěji podle německé fimy Klingelbeg. Chaakteistické po toto ozubení je konstantní výška i tloušťka zubů a konstantní šířka mezey mezi nimi po celé šířce zubů. Ozubení eloidní má boční čáu zubů tvořenou částí podloužené epicykloidy (eloidy). Buylo vyvinuto švýcaskou fimou Ölikon a dodává se pod označením Eloid a Spiomatic. Hypoidní soukolí je zvláštním případem kuželového soukolí s obloukovými zuby. Jeho pastoek je posunut o hodnotu vysunutí E (ob. 5.) nad nebo pod střed talířového kola, takže osy obou kol jsou mimoběžné. Úhly sklonu zubů v tomto případě nejsou stejné β1 β, takže ani čelní moduly zubů nejsou stejné. Hodnota vysunutí pastoku se pohybuje obvykle v ozmezí E = ( 0,15 0,00) D, kde D je střední půmě talířového kola. Vetší vysunutí je obvyklé u osobních automobilů a menší u automobilů nákladních. Při stejném půměu talířového kola a stejném převodovém poměu jako u kuželového převodu je pastoek 57

58 hypoidního soukolí větší a tedy i únosnější, pevnější a má vyšší životnost. Hypoidní soukolí mívá větší součinitel tvání záběu než odpovídající soukolí kuželové s obloukovými zuby, počet zubů pastoku lze snížit až na z p = Difeenciály Difeenciál je převodné zařízení, kteé je spolu se stálým převodem součástí pohonu nápavy, ozvodovky. Difeenciál je zkácený název po difeenciální planetové soukolí, jehož úkolem je ozdělovat v požadovaném poměu točivý moment z jedné hnací hřídele na zpavidla dvě hnané hřídele, umožnit, v případě potřeby, ozdíl úhlových ychlostí jednotlivých hnaných hřídelů aniž by byla ovlivněna úhlová ychlost hřídele hnacího. K ozdílu otáček jednotlivých hřídelů dochází například u hnacích hřídelů kol jedné nápavy při: půjezdu zatáčkou, přejezdu nestejných výškových neovností na vozovce, nestejných dynamických poloměech kol způsobených nestejným nahuštěním pneumatik, nestejným opotřebením pneumatiky atd., Pokud by tato možnost nebyla zabezpečena, byla-li by například nápava konstuovaná jako pevná tuhá nápava, pak by v uvedených situacích doházelo ke smýkání a poskakování kol. Ve svém důsledku by to vedlo ke: zvýšenému opotřebení pneumatik, vyvolání kmitání a ázů v převodném ústojí, zvýšení spotřeby, zhošení jízdních vlastností vozidla, zhošení aktivní bezpečnosti vozidla. Rozdělení difeenciálů Podle účelu, kteý difeenciál v převodném ústojí plní ozeznáváme (ob. 5.16): nápavové difeenciály, mezinápavové difeenciály, ústřední difeenciály. 58

59 Ob. 5.16: Nápavový (ND), mezinápavový (MD), ústřední difeenciál (ÚD) Podle konstukčního povedení mohou být difeenciály kuželové čelní. Obě tato konstukční povedení mohou být: s uzávěkou, samosvoné, symetické, nesymetické. Schéma kuželového difeenciálu je na obázku Jednotlivá čísla v obázku značí: (1) centální kuželové kolo, () satelit, (3) čep satelitu, (4) skříň difeenciálu, (5) talířové kolo stálého převodu. Kuželový difeenciál je vzhledem ke své jednoduchosti značně ozšířen. Ob. 5.17: Schéma kuželového difeenciálu: (1) kuželové centální kolo, () satelit, (3) čep satelitu, (4) klec difeenciálu, (5) talířové kolo stálého převodu 59

60 Ob. 5.18: Schématické znázonění čelního difeenciálu: (1, ) čelní centální kola, (3, 4) satelity, (5) skříň difeenciálu Méně často se používá difeenciál s čelními koly (ob. 5.18), jehož satelity a centální kola mají čelní ozubení. Hnací moment se opět přenáší z klece difeenciálu na čepy satelitů, satelity a centální kola. Jeden satelit je však v záběu pouze s jedním centálním kolem. Přibližně polovinou své délky zabíá s tímto kolem a duhou polovinou zabíá s duhým satelitem, kteý je svojí další polovinou v záběu s duhým centálním kolem. Tím je umožněno, zmenšování otáček jednoho centálního kola při současném zvyšování otáček duhého centálního kola. Otáčky klece přitom mohou zůstat nezměněny. Po vyvážení bývají v čelním difeenciálu dva páy satelitů posunuté vůči sobě o 180º. Podobně jako u kuželového difeenciálu na obázku 5.17 i v tomto případě, vzhledem ke stejnému počtu zubů centálních kol, dochází k ozdělení hnacího momentu stejným dílem na jednotlivé hnané hřídele. Uzávěka difeenciálu Kuželový i čelní difeenciál v symetickém povedení ozděluje přiváděný točivý moment na dva stejně velké výstupní točivé momenty nezávisle na velikosti výstupních otáček. Tato ovnost momentů na hnacích kolech jedné nápavy je nevhodná v případě nestejných adhezních sil, kdy se přenesitelný moment řídí podle menšího z obou momentů. Jestliže tedy jedno kolo hnací nápavy pokluzuje, pak ani celá nápava není schopna přenášet žádný moment a vozidlo zůstává stát. Aby bylo v takové situaci (na sněhu, ledě, moké távě) možné využít hnací moment daný okamžitou přilnavostí povchu, je nutno difeenciál vyřadit z činnosti. K tomu slouží uzávěka difeenciálu (ob. 5.19). Ve své podstatě se jedná o zubovou spojku, kteá přesunutím po dážkované části hřídele hnacího kola spojí centální kolo s klecí difeenciálu. Difeenciál se potom pohybuje jako jeden pevný celek. Zařazení uzávěky difeenciálu se používá pouze při vypošťování uvíznutého vozidla nebo při přejezdu kluzkého teénu. Po pojetí překážky na volné vozovce musí být uzávěka vypnuta. V opačném případě by docházelo k nadměnému namáhání převodného ústojí vozidla, opotřebovávání pneumatik a snížení bezpečnosti jízdy vozidla. Konstukční povedení kuželového difeenciálu s uzávěkou je na obázku

61 Ob. 5.19: Závě difeenciálu Ob. 5.0: Konstukční povedení kuželového difeenciálu s uzávěkou 5.3 Samosvoné difeenciály Obsluha uzávěky difeenciálu znesnadňuje řízení vozidla. Tento nedostatek odstaňují samosvoné difeenciály. Jejich účinek je založený na zvýšení tření v difeenciálu. Při jízdě po vozovce s dobou adhezí plní samosvoný difeenciál stejnou funkci jako difeenciál obyčejný. Jakmile se začne jedno kolo otáčet podstatně ychleji, například v důsledku svého pokluzování, zvýší se v samosvoném difeenciálu tření, kteé umožní jen učitý ozdíl v otáčkách obou kol a zabání tak volnému potáčení kol vůči sobě. Podle jejich konstukce lze ozlišit tři základní typy samosvoných difeenciálů: vačkové difeenciály, dnes se používají zřídka, difeenciály se zvýšeným třením, automatické difeenciály. K dosažení samosvonosti se běžně používají kuželové difeenciály se zvýšeným třením (ob. 5.1). Mezi centálními kuželovými koly a skříní difeenciálu jsou umístěny třecí plochy s velkým třením. Samosvoný difeenciál Bog-Wane má umístěny mezi skříní a centálními kuželovými koly třecí spojky (ob. 5.). Třecí moment vytvářejí axiální síly v záběu zubů a přítlačné vinuté pužiny. 61

62 Automatické uzavíání difeenciálu používá například fima Mecedes-Benz. Otáčky předních kol jsou elektonickou cestou poovnávány s otáčkami pastoku stálého převodu Ob. 5.1: Schéma difeenciálu se zvýšeným třením Ob. 5.: Samosvoný difeenciál Bog-Wane hnací nápavy. Při odchylce od nomálního stavu se zapíná elektohydaulický ventil, kteý ovládá uzávěku difeenciálu. Uzávěka difeenciálu zůstává v činnosti i po zastavení vozidla, takže následný ozjezd se děje se zablokovaným difeenciálem. Aby se předešlo zhošení ovladatelnosti vozidla je automatické blokovaní difeenciálu možné pouze do učité velikosti ychlosti jízdy vozidla. 6