MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ AGRONOMICKÁ FAKULTA BAKALÁŘSKÁ PRÁCE

Transkript

1 MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ AGRONOMICKÁ FAKULTA BAKALÁŘSKÁ PRÁCE BRNO 2014 JAN VEDRAL

2 Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Převodová ústrojí osobních automobilů a jejich užitné vlastnosti Bakalářská práce Vedoucí práce: Prof. Ing. František Bauer, CSc. Vypracoval: Jan Vedral Brno 2014

3 Volný list pro zadání

4 PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci: Převodovvá ústrojí osobních automobilů a jejich užitné vlastnosti vypracoval samostatně a veškeré použité prameny a informace uvádím v seznamu použité literatury. Souhlasím, aby moje práce byla zveřejněna v souladu s 47b zákona č. 111/1998 Sb., o vysokých školách ve znění pozdějších předpisů a v souladu s platnou Směrnicí o zveřejňování vysokoškolských závěrečných prací. Jsem si vědom/a, že se na moji práci vztahuje zákon č. 121/2000 Sb., autorský zákon, a že Mendelova univerzita v Brně má právo na uzavření licenční smlouvy a užití této práce jako školního díla podle 60 odst. 1 autorského zákona. Dále se zavazuji, že před sepsáním licenční smlouvy o využití díla jinou osobou (subjektem) si vyžádám písemné stanovisko univerzity, že předmětná licenční smlouva není v rozporu s oprávněnými zájmy univerzity, a zavazuji se uhradit případný příspěvek na úhradu nákladů spojených se vznikem díla, a to až do jejich skutečné výše. V Brně dne:.... podpis

5 PODĚKOVÁNÍ Rád bych zde poděkoval vedoucímu bakalářské práce prof. Ing. Františku Bauerovi, CSc. za cenné rady, připomínky, ochotu a veškerou pomoc při zpracování této bakalářské práce.

6 ABSTRAKT V bakalářské práci jsem se zaměřil na konstrukci převodových ústrojí u osobních automobilů a přináším ucelený přehled o jejich současném stavu, tzn., že uvádím, které typy převodového ústrojí se v současnosti v osobních automobilech používají, jaké je jejich ovládání a další jejich specifické vlastnosti. Dále u vybraných typů převodových ústrojí popisuji jejich užitné vlastnosti a určuji, které typy převodových ústrojí se nejlépe hodí k přenosu točivého momentu a výkonu v celém rozsahu odstupňování rychlostních stupňů, při použití konkrétního motoru, na kola osobního automobilu. K tomuto porovnání budu vycházet z diagramů, které jsem vytvořil pro vybrané převodovky. V této práci se věnuji převodovkám pětistupňovým a šestistupňovým s manuálním řazením převodových stupňů, ale také převodovkám automatickým, i převodovkám s řazením pod zatížením. Klíčová slova: automatická převodovka, manuální převodovka, synchronizace ABSTRACT In the thesis, I focused on the design of transmissions for automobiles and bring a comprehensive overview of their current status, ie., They mention which type of transmission system currently used in automobiles, what are their properties and how they control then in selected types of transmission mechanisms describe their functional characteristics and determine which types of transmission equipment is best suited for transmitting torque and power across the range of gradation gears, using specific engine to the wheels of a car. This comparison will be used diagrams that I created for the selected gear. In this work i focus on five-speed and six-speed gear units with manual transmission shifting, but also automatic gear unit and transmission transmission with powershift. Keywords: automatic transmission, manual transmission, synchronization

7 OBSAH 1 ÚVOD CÍL PRÁCE HISTORIE PŘEVODOVÉHO ÚSTROJÍ PŘEVODOVKY Mechanické převodovky Dvouhřídelové převodovky Tříhřídelové převodovky Pětistupňové převodovky Šestistupňové převodovky Synchronizace Zajištěná (cloněná) synchronizace Zajištěná dvojitá synchronizace Vnější synchronizace (systém Mercedes Benz) Blokovací synchronizace (systém Porsche) Lamelová synchronizace Řadící ústrojí Tyčové řadící ústrojí Táhlové řadící ústrojí Lanové řadící ústrojí Převodovky řazené pod zatížením Automatické převodovky Stupňové automatické převodovky Hydrodynamický měnič točivého momentu Planetové soukolí Lamelové brzdy Plynulé automatické převodovky UŽITNÉ VLASTNOSTI PŘEVODOVÝCH ÚSTROJÍ SPOLUPRÁCE MOTORU S PŘEVODOVÝM ÚSTROJÍM URČENÍ ROZSAHU RYCHLOSTNÍCH STUPŇŮ VOLBA POČTU A ODSTUPŇOVÁNÍ RYCHLOSTNÍCH STUPŇŮ SROVNÁNÍ VYBRANÝCH PŘEVODOVEK... 41

8 6.1 VÝPOČTY PILOVÝ DIAGRAM ZÁVĚR SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY SEZNAM OBRÁZKŮ... 47

9 1 ÚVOD Za téma bakalářské práce jsem si vybral Převodová ústrojí osobních automobilů a jejich užitné vlastnosti, abych se seznámil se současným stavem v konstrukcích převodových ústrojí u osobních automobilů a mohl tyto poznatky do budoucna rozvíjet. Účelem převodového ústrojí je přenášet potřebný točivý moment od motoru ke kolům, nebo tento moment změnit, či dlouhodobě přerušit jeho přenos. Aby motor pracoval vždy v optimálním rozsahu přenosu točivého momentu, musí být jeho přenos změněn převodovým ústrojím, které musí zajistit rozsah převodových stupňů takový, aby byl automobil schopný v jakékoliv své konstrukční rychlosti zajistit optimální točivý moment. Jelikož optimální točivý moment lze získat při určitých otáčkách je nutno neustále přeřazovat rychlostní stupně tak, abychom se v těchto otáčkách pohybovali. Ideální je tedy mít převodovku, která by měla nekonečně převodů. Tím by se dalo dosáhnout hladkého zrychlování vozidla při přenosu maximálního točivého momentu. Je-li dosaženo tohoto momentu, pracuje pak motor při nejnižší možné spotřebě. V současné době se v automobilech používá pětistupňových nebo šestistupňových převodovek s manuálním řazením. Automatické převodovky, které se používaly většinou ve vozech vyšších tříd, se v dnešní době postupně zařazují do nabídek i u automobilů nižší střední třídy. Současný stav konstrukce automatických převodovek nabízí velké možnosti výběru. Oproti manuálním převodovkám především větší komfort jízdy a také více rychlostí. Nevýhodou ovšem stále zůstává konstrukční náročnost a s tím spojená vyšší cena, také vysoké nároky na čistotu oleje, a především zpravidla kratší interval funkčnosti, bez závad a opotřebení, oproti manuálním převodovkám. Automatické převodovky jsou také někdy označovány jako samočinné. 8

10 2 CÍL PRÁCE Cílem bakalářské práce je přinést přehled o současném stavu v konstrukci převodových ústrojí u osobních automobilů, tzn. uvést, které typy převodového ústrojí se v současnosti v osobních automobilech používají, jaké je jejich ovládání a další jejich specifické vlastnosti. Dále objasňuji jejich funkci a zaměřuji se na základní prvky převodových ústrojí, jako je způsob řazení, synchronizace, nebo jaké znaky má dvouhřídelová, či tříhřídelová převodovka. Zaměřuji se také na převodovky automatické a převodovky řazené pod zatížením. Také se zabývám v této práci funkčními vlastnostmi vybraných typů převodových ústrojí a zhodnocuji možnosti jejich použití u konkrétního motoru. K tomuto porovnání budu posuzovat dvě konkrétní převodovky. Jedna je konvenční, používaná pro automobily Škoda Octavia II. řady a další koncernové modely. Druhou převodovku si z dostupných údajů navrhnu tak, aby mohla pracovat při stejných podmínkách. Poté bude možné porovnat ztrátový výkon při jejich použití. 9

11 3 HISTORIE PŘEVODOVÉHO ÚSTROJÍ Historie převodovek sahá až ke konci 19. století, kdy v roce 1894 francouzští vynálezci Louis-René Panhard a Emile Levassor vyvinuli první moderní manuální převodovku. S jejich převodovkou bylo možné zařadit tři rychlostní stupně, přes které se přenášel točivý moment na zadní nápravu řetězovým převodem. I dnes po více než století se z jejich návrhu při konstrukci manuálních převodovek vychází. Na začátku 20. století většina vyráběných vozů nebyla vybavena manuálními převodovkami se synchronizací. Teprve roku 1928 představil Cadillac synchronizované manuální převodovky, u kterých se tímto snížilo opotřebení ozubených kol a řazení převodových stupňů se tímto zjednodušilo. Historie automatických převodovek začíná ještě před použitím synchronizace u manuálních převodovek, a to již v roce 1904 v americkém Bostonu ve firmě bratrů Stutervantových, kde je koncept Louis-René Panharda a Emile Levassora zdokonalen a vzniká první dvoustupňová automatická převodovka. Tato převodovka však nebyla vyrobena z vhodného kovu a byla náchylná na poruchy. V roce 1908 se nové příležitosti chopí automobiloví giganti Ford, Chrysler a hlavně General Motors, který jako první přinesl poloautomatickou převodovku a v roce 1940 uvádí plně automatizovanou převodovku HydraMatic, která využívá hydraulické ovládání planetových soukolí. Obr. 1: Oldsmobile Custom 8 Cruiser 1940 s automatickou převodovkou Hydra-Matic 10

12 Největší vývoj nastal však během 2. světové války, kdy předností automatických převodovek využívala především americká armáda. Po válce se klasické mechanické řazení stává pro mnoho vozů nevyhovující a především v USA se začínají automatické převodovky v automobilech využívat, když od roku 1948 se svými převodovkami postupně přicházejí Buick, Packard a Chevrolet. V dnešní době jsou v čele ve vývoji automatických převodovek především německé a japonské automobilky, jako jsou BMW, Mercedes-Benz a Toyota. Dvouspojková převodovka se v osobních automobilech objevuje teprve v 80. letech, pod názvem Porsche Doppelkupplungs (PDK) v závodních speciálech automobilky Porsche pro závody Le Mans. Její princip je však znám již od roku 1939, kdy francouzský konstruktér Adolphe Kegresse spojil dvě převodovky do jediné. Volkswagen tento systém převzal a uvedl do sériově vyráběných automobilů pod názvem Direktshaltgetriebe, anglicky potom Direct-Shift Gearbox (DSG) v roce Obr. 2: Převodovka PDK z roku 1984 pro závodní speciál Porsche 962 ([7]PARKER, [5]WAGNER, [15]VACEK) 11

13 4 PŘEVODOVKY Spalovací motor při nízkých otáčkách dává malý výkon a při vysokých pracuje nehospodárně. Hospodárně pracuje jen v úzkém rozsahu optimálních otáček. Při tomto rozsahu otáček odpovídá na jeden převodový poměr určité rozpětí rychlosti jízdy a na překonání jízdních odporů určitá velikost hnací síly. Z tohoto důvodu je zapotřebí několik převodových poměrů, aby se při těchto otáčkách mohla zvyšovat rychlost jízdy. Hlavní účel převodovek je tedy měnit velikost točivého momentu motoru a otáčky výstupního hřídele převodovky. Dále s jejich pomocí lze změnit smysl otáčení na výstupním hřídeli, a tedy umožnit vozidlu pohyb zpět. V případě stojícího vozidla umožňují dlouhodobě přerušit přenos točivého momentu vyřazením rychlosti na neutrál. 4.1 Mechanické převodovky Mechanické převodovky jsou v současnosti nejvíce používaným druhem převodovek u osobních automobilů. Jedná se o převodovky, u kterých jakékoliv ovládání převodovky realizuje řidič za pomoci řadící páky a s ní spojeným mechanickým ovládacím ustrojím. U mechanických převodovek dosahuje účinnost přenosu točivého momentu okolo 98 %. Jejich nevýhodou je řazení při stoupání, kdy dochází k přerušení hnací síly a snížení rychlosti. Převodovky s ozubenými koly, nebo také stupňové převodovky jsou nejčastěji používaným druhem převodovek. Jednotlivé převody většinou tvoří soukolí čelních ozubených kol se šikmým ozubením, která jsou uložena na hřídelích, které nemění svoji vzájemnou polohu. Tato ozubená kola se buď zasouvají do záběru, nebo jsou ve stálém záběru. Převodové stupně se poté řadí pomocí synchronizačních třecích spojek. Podmínky pro správný záběr: 1) Přesně vyrobená ozubená kola 2) Tuhý hřídel převodovky 3) Tuhá skříň převodovky V současnosti se manuální převodovky vyrábějí jako pětistupňové a šestistupňové, přičemž závisí na použití pro konkrétní motor, kvůli emisním limitům. ([2]VLK) 12

14 4.1.1 Dvouhřídelové převodovky Dvouhřídelové, nebo také deaxiální převodovky, jsou převodovky, u kterých neleží vstupní a výstupní hřídel v jedné ose. Točivý moment pro všechny rychlostní stupně je přenášen vždy jen jedním párem ozubených kol. Řazení rychlostních stupňů umožňují synchronizační třecí spojky, které jsou uloženy mezi volně uloženými ozubenými koly zpravidla na výstupním hřídeli. Tato převodovka má také velmi dobrou účinnost, díky přenosu točivého momentu pouze jedním párem ozubených kol. Obr. 3: Schéma dvouhřídelové převodovky: 1 vstupní hřídel, 2 výstupní hřídel Nejčastější použití převodovek této konstrukce je u vozidel s motorem u hnací nápravy, tzv. bloková konstrukce, která je znázorněna na obr. 4. Toto uskupení je zároveň nejčastější používanou variantou u osobních automobilů. Obr. 4: Schéma blokové konstrukce ([2]VLK, [3]PILÁRIK) Tříhřídelové převodovky Jsou převodovky, které přenáší točivý moment přes třetí, vložený předlohový hřídel. Vzhledem k tomu, že u tříhřídelových převodovek má vstupní a výstupní hřídel stejný smysl otáčení, označuje se někdy toto uspořádání jako koaxiální převodovka. Hnací síla je přenášena z vstupního hřídele malým ozubeným kolem, které je ve stálém záběru s největším ozubeným kolem předlohového hřídele. Na předlohovém hřídeli bývají vyfrézována ozubená kola, která jsou ve stálém záběru s volně ozubenými koly 13

15 Obr. 5: Schéma tříhřídelové převodovky: 1 vstupní hřídel, 2 předlohový hřídel, 3 výstupní hřídel na výstupním hřídeli a mezi nimi jsou uloženy synchronizační spojky. Tříhřídelová převodovka díky předlohové hřídeli umožňuje přímý záběr, protože vstupní a výstupní hřídele jsou v jedné ose. Obr. 6: Schéma standardní koncepce Použití tohoto typu převodovky bývá většinou při standardní koncepci, kdy motor, převodovka a hnací náprava jsou uloženy za sebou. Rozvodovka je umístěna na zadní nápravě a je spojena s převodovkou spojovací hřídelí. Schéma standardní koncepce je znázorněno na obr. 6. ([2]VLK, [3]PILÁRIK) Pětistupňové převodovky Termín pětistupňová převodovka označuje převodovku s možností zařazení pěti dopředných rychlostí. V současné době se konstruují tyto druhy převodovek ve třech hlavních variantách, ve kterých jsou zastoupeny převodovky dvouhřídelové i tříhřídelové. 1) Přímý záběr pátého rychlostního stupně: Při možnosti přímého záběru se jedná o tříhřídelovou převodovku. U tohoto typu pětistupňové převodovky je přenosu 14

16 točivého momentu dosaženo spojením vstupního hřídele převodovky s výstupním pomocí synchronizační třecí spojky. 2) Pětistupňová převodovka s pátým převodovým stupněm do rychla: U této tříhřídelové převodovky tvoří přímý záběr čtvrtý rychlostní stupeň. Pátý převod je vytvořen jako převod do rychla. Jeho výstupní otáčky jsou tedy vyšší než vstupní. Tímto způsobem jsou sníženy otáčky motoru při zachování rychlosti. 3) Pětistupňová dvouhřídelová převodovka: U tohoto typu převodovek je pátý rychlostní stupeň přidán na konec vstupního hřídele. Jedná se o jediné kolo na vstupním hřídeli, které není pevné a s hřídelem se spojuje za pomoci synchronizační spojky. Příklad této převodovky je uveden na obr. 7, kde je znázorněno funkční schéma převodovky pro Škodu Octavia řady II. Obr. 7: Schéma pětistupňové převodovky pro Škoda Octavia II ([2]VLK) Šestistupňové převodovky Použitím šestého rychlostního stupně dosáhneme většího komfortu jízdy a vyhlazenějšího odstupňování. Rovněž se sníží hlučnost, spotřeba paliva a emise. Využitím šesti rychlostních stupňů dosáhneme lepšího využití výkonu a průběhu točivého momentu motoru. Nevýhodou je navýšení hmotnosti a mírné snížení účinnosti. 15

17 Obr. 8: Schéma šestistupňové převodovky pro Škoda Octavia II Možnosti zavedení šestého stupně: 1) Rozsah převodů rozdělený na šest převodových stupňů: Tímto dosáhneme menšího odstupňování převodů a převodové skoky jsou menší, to nám pomůže udržovat motor v ideální provozní oblasti při maximálním točivém momentu. Tato převodovka tak pomáhá snižovat spotřebu paliva, oproti pětistupňové, rychlost však zůstává stejná. 2) Rozsah převodů se zvětší: Zde se zachovává první rychlostní stupeň. Při tomto způsobu se dosahuje jemnější odstupňování převodů, ale zároveň se zvýší maximální rychlost. 3) Šestý rychlostní stupeň se přidá k stávajícím: Slouží zde jako rychloběžný stupeň. Konečná rychlost zůstává zpravidla stejná, ale sníží se otáčky motoru. ([2]VLK) Synchronizace Při přeřazení rychlostních stupňů je zapotřebí vyrovnání otáček hnacího a hnaného hřídele převodovky dříve než dojde k jejich spojení. K tomuto účelu se používají synchronizační spojky. Toto vyrovnání je zajišťováno třením třecích kuželových ploch ozubeného kola a synchronizační spojky. Přesunem řadící objímky dosáhneme pevného 16

18 spojení hřídele a ozubeného kola, čímž je umožněn přenos točivého momentu. Na tomto principu pracují všechny typy synchronizačních spojek. Díky synchronizaci je umožněno zařadit bezhlučně a bez poškození zubů ozubených kol. Zařazení se tím rovněž urychlí. V současné době jsou synchronizovány všechny rychlostní stupně kromě zpětného chodu, který někdy bývá řazen posunem kol Zajištěná (cloněná) synchronizace Náboj řadící objímky je s řadící objímkou spojen pomocí několika pružně zatížených tělísek. Tyto tělíska, jsou uloženy drážkách, s radiálními vinutými pružinami a díky přítlačné síle zabraňují samovolnému posunu objímky. Při řazení je objímka posouvána k ozubenému kolu, ale díky zubovému uložení se na náboji samostatně neprotáčí. Současně je posouván brzdný kužel, který tlačí clonící kroužek na třecí kužel spojkového tělesa. Tím dochází k synchronizaci otáček a řadící objímka překryje unášecí ozubení spojkového tělesa. Obr. 10: Zajištěná synchronizace s clonícím kroužkem: 1 řadící objímka, 2 synchronizační těleso, 3 zajišťovací tělíska, 4 jistící pružiny, 5 jehlové ložisko, 6 clonící kroužek, 7 unášecí ozubení, 8 ozubené kolo ([2]VLK) Zajištěná dvojitá synchronizace U tohoto systému bývají používány dva synchronizační kroužky, mezi kterými se nachází vnější prstenec. Tento prstenec zapadá prostřednictvím čtyř bočních zubů do drážek na boku ozubeného kola. Vnitřní synchronizační kroužek je v záběru s vnějším prostřednictvím bočního drážkového vedení. Vzniklá styčná plocha je skoro dvojnásobná. 17

19 Obr. 11: Dvojitá synchronizace VW: 1 ozubené kolo, 2 vnitřní synchronizační kroužek, 3 vnější prstenec, 4 vnější synchronizační kroužek, 5 řadící objímka se synchronizačním tělesem ([17]BROŽ) Vnější synchronizace (systém Mercedes Benz) Kuželová spojka je posunuta vně. Tím se zvětší její průměr, což zvětšuje synchronizační moment. Proto je možné řadit rychle s použitím malé řídící síly. Synchronizační kroužek má na rozdíl od zajištěného typu vnitřní ozubení. Clonící kroužek je spojen s vodícími drážkami ozubeného kola a je na ně přitlačován jistící prstencovou pružinou. Při řazení řadící objímka posouvá clonící kroužek k ozubenému kolu. Po vyřazení prstencová pružina vrátí clonící kroužek do výchozí polohy. Obr. 12: Vnější synchronizace: 1 jistící prstencová pružina, 2 ozubené kolo rychlostního stupně, 3 synchronizační kroužek, 4 řadící objímka, 5 hřídel převodovky, 6 synchronizační těleso ([2]VLK, [17]BROŽ) 18

20 Blokovací synchronizace (systém Porsche) Synchronizační kroužek je pružný a je vyroben bez blokovacího ozubení. Řadící objímka třením svého ozubení o vnější plochu synchronizačního kroužku vyrovnává otáčky tím, že tento kroužek stlačuje. Tření zvyšuje blokovací kroužek, který je umístěn mezi synchronizačním kroužkem a tělesem spojky, která je nalisována na osazení ozubeného kola. Obr. 13: Blokovací synchronizace: 1 řadící objímka, 2 synchronizační těleso, 3 clonící kroužek, 4 blokovací kroužek, 5 spojkové těleso, 6 ozubené kolo ([2]VLK, [17]BROŽ) Lamelová synchronizace Jedná se o nejnovější typ, který vyrovnává otáčky pomocí lamelových spojek. Při řazení je řadící objímka tlačena směrem k ozubenému kolu a současně tlačí blokovací ozubení synchronizačního kroužku, který nese lamely s vnějším ozubením. Obr. 14: Lamelová synchronizace: 1 nosič vnějších lamel s blokovacím ozubením, 2 unášecí ozubení, 3 vnitřní lamely 19

21 Lamely s vnitřním ozubením jsou uloženy na drážkách ozubeného kola. Přitlačením těchto lamel na boční plochu ozubeného kola vzniká tření, které synchronizuje otáčky. ([2]VLK) Řadící ústrojí Pomocí řadícího ústrojí konáme volící a řadící pohyb pro zařazení požadovaného převodového stupně. Volící pohyb vybírá řadící objímku a řadící pohyb uvádí ozubené kolo do záběru Tyčové řadící ústrojí Zařazení rychlostního stupně se děje pohybem vyvozeným přes řadící páku a kulový kloub. Řadící palec se pohybuje v drážkách řadících tyčí a jejich axiálním posuvem se zařadí příslušný rychlostní stupeň. Tímto posuvem se posouvá i pevně připojená řadící vidlice, která zasahuje do obvodové drážky řadící objímky. Obr. 15: Tyčové řadící ústrojí: 1 řadící páka, 2 kulový kloub, 3 řadící palec, 4 řadící tyč, 5 jištění proti posunu, 6 řadící vidlice, 7 řadící objímka, 8 synchronizace, 9 ozubené kolo 20 ([2]VLK) Táhlové řadící ústrojí Tento typ řadícího ústrojí se používá tam, kde je obvykle kratší vzdálenost mezi řadící pákou a převodovkou. Řadící vidlice jsou uloženy na skříni převodovky pomocí otočných pák. Tyto páky jsou ovládány z vnějšku a každá z nich je spojená pomocí táhla s pákou řadící páky.

22 Obr. 16: Třítáhlové řadící ústrojí Mercedes Benz ([2]VLK) Lanové řadící ústrojí K řazení rychlostních stupňů je používáno stále častěji právě lanové řadící ústrojí, které usnadňuje ovládání vícestupňových převodovek. K řazení jednotlivých rychlostních stupňů slouží dvě lanka. Jedním lankem volíme rychlostní stupeň a druhým tento stupeň zařadíme. Velkou výhodou lanového řadícího ústrojí je značná flexibilita použitých lanovodů. Lze ho tedy použít u převodovek, které jsou konstrukčně špatně dostupné. Obr. 17: Lanové řadící ústrojí: 1 řadící páka, 2 lanko řazení, 3 lanko volby, 4 páka volby, 5 páka řazení, 6 lanovody ([2]VLK) 21

23 4.2 Převodovky řazené pod zatížením Převodovky řazené pod zatížením jsou někdy také označovány jako dvouspojkové, nebo jako dvoutoké. Princip jejich činnosti spočívá v tom, že při řazení převodových stupňů nedochází k přerušení točivého momentu, tzn., že k řazení dochází pod zatížením. Tento způsob dává velkou výhodu zejména při jízdě do kopce, kdy při přeřazení dochází k přerušení točivého momentu a poklesu rychlosti vozidla. Vozidlo v tomto případě plynule zrychluje a docílí tak lepší jízdní výkony při plném zatížení, protože se zbavíme řadících přestávek. Díky automatickému ovládání spojek a hřídelů má tato převodovka také velmi dobrou účinnost, která je skoro stejná jako u běžné manuální převodovky. Obr. 18: Řez dvoutokou spojkou Konstrukce této převodovky se v podstatě sestává ze dvou samostatných převodovek, které spojuje dvojitá elektro hydraulická spojka. Na obr. 19 je znázorněno schéma dvoutoké převodovky DSG, na které je vidět funkce této spojky. Samotný mechanizmus pracuje poté tak, že díky své konstrukci může rozdělit točivý moment do dvou větví. Při přenosu točivého momentu pracují dvě lamelové spojky, které jsou ovládány za pomoci hydraulického pístu, který rozděluje a usměrňuje momentový tok na jednotlivé větve. Jedna větev (hřídel) musí být pro liché převodové stupně a druhá potom pro sudé. Elektro hydraulický modul neustále připravuje jeden zařazený rychlostní stupeň. Při rozjezdu je točivý moment přiváděn první spojkou (na obr. 19 č. 7) a jsou zařazeny 22

24 první dva rychlostní stupně. Druhá spojka je však rozpojena (na obr. 19 č. 8). Jakmile motor dosáhne vhodných otáček, dochází k postupnému vypínání první spojky přes ovládací píst a k spínání druhé. Přeřazení je dokončeno ve chvíli, kdy působí veškerý točivý moment přes druhou spojku. Zároveň se připraví další převodový stupeň. Celý proces zařazení trvá asi 0,3 vteřiny. Ve chvíli, kdy vozidlo začíná zpomalovat je přichystán nižší převodový stupeň. Při podřazování o více než jeden stupeň je tato operace rozložena na dvě části, protože není možné např. přeřadit z šestého stupně na druhý, kvůli jejich uložení na jedné hřídeli. Dochází tedy nejdříve k podřazení na pátý rychlostní stupeň, a až poté k zařazení druhého. I tuto složitější operaci však zvládají převodovky DSG pod 0,9 vteřiny. Obr. 19: Schéma převodovky DSG: 1 6 rychlostní stupně., R zpětný chod, 7 nosič vnitřních lamel pro liché rychlostní stupně, 8 nosič vnitřních lamel pro sudé rychlostní stupně, 9 ovládací píst, 10 ovládací páky, 11 nosič vnějších lamel, 12 nosič vnějších lamel, vyrovnávací píst Ovládání nastavení převodovky může řidič měnit pomocí volící páky. Vlevo se nachází automatické režimy, vpravo potom manuální sekvenční řazení, které je možné používat pomocí volící páky, nebo volících pádel pod volantem. ([8]SAIDL, ([10]LÁNÍK, [13]VAVERKA ) 23

25 4.3 Automatické převodovky Automatické, nebo také samočinné převodovky byly vyvinuty kvůli zvýšení komfortu řazení a zlepšení průběhu řazení při ideálních otáčkách, neboť o důležité řídící funkce se stará řídící jednotka. Řidič však vybírá nejen jízdní režim, ale také může při určitých situacích (předjíždění, prudké klesání) přeřadit, a zvolit tak nejvýhodnější převodový stupeň. Kromě toho musejí automatické převodovky splňovat i další podmínky: - plynulý rozjezd vozidla - plynulé řazení převodových stupňů - při rychlém sešlápnutí plynového pedálu musí být řazen nižší převodový stupeň, aby vozidlo dostatečně akcelerovalo - okamžik zařazení musí záviset na zatížení motoru - při volnoběhu nesmí docházet k samovolnému pohybu vozidla - při parkování musí být převodové ústrojí zablokováno Automatické převodovky můžeme podle jejich řazení převodových stupňů rozdělit na stupňové, které se sestávají z hydrodynamického měniče a planetového soukolí a plynulé, kde dochází k plynulé změně převodového poměru Stupňové automatické převodovky Za dobu existence klasických automatických převodovek se jejich hlavní funkční části prakticky nezměnily. Základem bývá hydrodynamický měnič točivého momentu a planetové soukolí. Automatické převodovky s touto koncepcí jsou tím nejpoužívanějším a nejstarším typem. V současné době nabízejí stupňové převodovky sedm až osm rychlostních stupňů a jeden pro zpětný chod. Automatické převodovky se skládají zpravidla za tří hlavních skupin: 1. hydraulický přenos točivého momentu (hydrodynamický měnič) 2. mechanické planetové převodovky 3. automatické řadící prvky (hydraulické a elektronické ovládání, lamelové brzdy) 24

26 Mezi nevýhody stupňových automatických převodovek patří zejména jejich účinnost, která bývá v rozmezí 85 až 95 %, hmotnost převodovky a cena, která je ovlivněna složitější konstrukcí převodovky. K řazení všech stupňů ve zvoleném režimu dává impulz řídící jednotka na základě signálů z čidel. K řazení je poté využíván tlak z hydraulické soustavy, o který se stará elektrické čerpadlo. Řazení převodových stupňů se provádí automaticky a pomocí volící páky se vybírá pouze jízdní režim: P parkování R zpětný chod N neutrál D normální jízda (všechny rychlostní stupně) 3 pouze 1. až 3. rychlostní stupeň 2 pouze 1. a 2. rychlostní stupeň 1 pouze 1. rychlostní stupeň Obr. 20: Řez automatickou stupňovou převodovkou ([11]ŠTENGL) 25

27 Hydrodynamický měnič točivého momentu Hydrodynamický měnič se skládá ze tří lopatkových kol: - čerpadlové kolo - turbínové kolo - reaktorové kolo (nebo tzv. rozvaděč) Jeho účelem je přenos a zvětšování točivého momentu motoru. Zároveň se však jedná o nejztrátovější člen převodového ústrojí. K největším ztrátám dochází během rozjezdu, kdy se vyrovnávají otáčky na vstupním a na výstupním hřídeli. V tomto případě, kdy je rozdíl otáček největší, dochází až ke zdvojnásobení točivého momentu. Během vyrovnávání otáček se snižuje skluz a současně se zmenšuje násobící účinek na točivý moment. Při rozdílu otáček mezi turbínovým a čerpadlovým kolem o patnáct procent přechází měnič na funkci hydrodynamické spojky. Vzhledem k zatížení motoru a rychlosti jízdy rozlišujeme tři pracovní stavy hydrodynamického měniče: 1) pracovní stav hydrodynamického měniče točivý moment motoru je měničem zvětšován, od rozjezdu až po funkci spojky 2) pracovní stav hydrodynamické spojky točivý moment zůstává stejný na vstupu i na výstupu měniče, pracuje bez reaktorového kola 3) pracovní stav brzdy (využívá brzdný účinek motoru) Z důvodů eliminování ztrát způsobených skluzem se používá elektronicky řízená blokovací spojka, která spojí při malém rozdílu otáček čerpadlové a turbínové kolo. V tomto případě nedochází k hydrodynamickému přenosu točivého momentu a ztrátě účinnosti. Tomuto stavu se říká přemostění. 26

28 Obr. 21: Schéma hydrodynamického měniče točivého momentu: 1 skříň měniče, 2 čerpadlové kolo, 3 kliková hřídel, 4 unášeč pro spojení měniče a klikové hřídele, 5 turbínové kolo, 6 hnací hřídel převodovky, 7 reaktorové kolo, 8 válečková volnoběžka, 9 uložení volnoběžky, 10 skříň převodovky, 11 pohon olejového čerpadla ([11]ŠTENGL, [17]BROŽ) Planetové soukolí U automatických převodovek se používá dvou až tří planetových soukolí spojených dohromady. Tímto spojením je možné docílit až osm převodových stupňů. K řazení se používá lamelových brzd, které oproti klasickým manuálním převodovkám, kde se převodové stupně řadí po odpojení převodovky od motoru, mění převodové stupně pomocí spojování nebo zastavování jednotlivých částí. Výhodou planetových soukolí je poměrně široké spektrum převodových poměrů, schopnost snášet a přenášet velké točivé momenty i řadit pod zatížením. Mezi nevýhody patří jejich složitost a velký počet částí. Další nevýhodou je velký skok mezi prvním a druhým převodovým stupněm, který není možné změnit. Planetové soukolí se skládá z: 4) korunového kola 5) centrálního kola 6) satelity 7) unašeč satelitů 27

29 Obr. 22: Planetové soukolí: 1 korunové kolo, 2 satelit, 3 centrální kolo, 4 unašeč satelitů Na obr. 22 je znázorněno rozdílné otáčení jednotlivých částí, způsobené různým počtem zubů centrálního a korunového kola. ([2]VLK, [17]BROŽ) Lamelové brzdy Pro spínání určitých částí planetového soukolí ve stupňových automatických převodovkách je potřeba některé části zastavit. Z tohoto důvodu se používá lamelových brzd, které pevně spojí některé části planetových soukolí se skříní převodovky. Se skříní převodovky je spojen nosič vnějších lamel a vnitřní lamely jsou nepřímo uloženy na planetovém soukolí. K pevnému spojení dochází za pomocí hydraulicky ovládaného pístu. Obr. 23: Lamelová brzda: 1 nosič vnějších lamel, 2 vnější lamela, 3 vnitřní lamela ([17]BROŽ) 28

30 4.3.2 Plynulé automatické převodovky Plynulé automatické převodovky, také označovány jako bezestupňové převodovky, jsou převodovky označeny zkratkou CVT (Continously Variable Transmission), tzn. plynulý měnitelný převod. CVT převodovky jsou z hlediska pracovního provozního režimu tím nejlepším typem převodového ústrojí v kombinaci se spalovacím motorem, protože mohou pracovat v širokém rozsahu rychlostí a zatížení vozidla. Na rozdíl od ostatních typů převodovek nemají pevně dané převodové poměry, jejich konstrukce díky plynulé změně v podstatě umožňuje nekonečný počet převodů. Zvládnou tedy regulovat točivý moment motoru v závislosti na rychlosti a zároveň pracovat při ideálních otáčkách motoru. Během změn také nedochází k nežádoucím rázům na převodové ústrojí. Měnitelné ústrojí je tvořeno na hnací i hnané hřídeli řemenicovým převodem. Tyto řemenice jsou dělené a každou tak tvoří dvojice kuželových kol. Jejich přibližováním nebo oddalováním se mění poloměry drah uložení řemene a tím zároveň převodový poměr. Jedná se vlastně o Variátor. K přenosu sil se místo klasického pryžového řemene využívá ocelového, ten se skládá ze dvou několikavrstvých ocelových pásu s nalisovanými kovovými prvky. Někdy se používá pro větší točivý moment ocelový řetěz. Obr. 24: Segmenty ocelového pásu plynulé převodovky Přítlačnou sílu pro první řemenici získáváme pomocí hydraulického čerpadla a pro druhou z přítlačné pružiny. 29

31 Hlavní výhodou plynule měnitelných převodovek je rozsah převodových stupňů a jejich vliv na snížení spotřeby. Oproti klasickým automatickým převodovkám mají také menší rozměry. Mezi nevýhody potom patří velké ztráty prokluzem na ocelovém řemenu a přenos malého točivého momentu. Obr. 25: Variátor s ocelovým řetězem K řazení převodových stupňů zde dochází podobně jako u automatických převodovek klasické konstrukce. I zde se o celý proces řazení stará řídící jednotka, která dává impulz ke změně převodového poměru a hydraulicky poté mění nastavení první řemenice. Řidič opět volí pouze jízdní režim: P parkování R zpětný chod N neutrál D normální jízda ([6]OLIVÍK, [12]ŠTENGL) 30

32 5 UŽITNÉ VLASTNOSTI PŘEVODOVÝCH ÚSTROJÍ Užitné vlastnosti u převodových ústrojí jsou vlastnosti, které se dají vyjádřit přes parametry jejich konstrukčních rozměrů, popisují funkčnost těchto sestav a spolehlivost spojenou s jejich provozem. S těmito vlastnostmi souvisí i jejich snadná ovladatelnost a možnost jednotlivé prvky dlouhodobě udržovat v provozuschopném stavu. Dále zdravotní nezávadnost, jak pro uživatele, tak pro okolí, a ochrana před únikem provozních náplní, která je zajišťována utěsněním těchto sestav. 5.1 SPOLUPRÁCE MOTORU S PŘEVODOVÝM ÚSTROJÍM K nejlepšímu využití spalovacího motoru při všech rychlostech dochází v případě, když hnací moment na kolech vyplní celou tzv. ideální oblast. Z charakteristiky motoru na obr. 26 je patrné, že při použití samotného motoru, tzn. bez převodovky, je tato oblast vyplněna pouze z malé části a motor nedokáže tuto hnací sílu přenášet v celém rozsahu rychlostí vozidla. Tuto charakteristiku musíme tedy uzpůsobit tak, aby co nejvíce odpovídala ideální oblasti. A právě k tomuto se přiblížení se používají převodovky. Tato změna musí však splňovat dvě základní podmínky: a) schopnost překonání mezery mezi minimálními otáčkami motoru n min a nulovými otáčkami hnacích kol, aby bylo možné rozjet stojící vozidlo b) průběh točivého momentu motoru musíme změnit tak, aby se přiblížil k ideálnímu průběhu Podle těchto podmínek rozlišujeme: a) měnič otáček (hydrodynamická spojka) b) měnič momentů a otáček (převodovka s rozvodovkou) 31

33 Obr. 26: Provozní oblast spalovacího motoru Na blokovém schématu měniče charakteristiky, které je znázorněno na obr. 27, je znázorněn i ztrátový výkon, ke kterému dochází při funkci (použití) těchto měničů. Obr. 27: Schéma měniče hodnot rychlostní charakteristiky motoru Kde: P 1...vstupní výkon motoru P 2...výstupní výkon motoru M 1...vstupní točivý moment motoru M 2...výstupní točivý moment motoru n 1...vstupní otáčky motoru n 2...výstupní otáčky motoru 32

34 Pro měnič momentu tedy platí: vstupní výkon výstupní výkon =. =. (1) (2) účinnost = = (3) ze které plyne momentový poměr = (4) Obr. 28: Momentový poměr v závislosti na otáčkovém poměru: a) stupňový (stálý) převod, b) plynulý převod (hydrodynamický měnič) Na základě tohoto momentového poměru se dají rozlišovat dva druhy momentových měničů. Momentový měnič se stálým převodem (stupňová převodovka) je znázorněn na obr. 28 a), kde je vidět graf momentového a otáčkového poměru pro čtyřstupňovou převodovku. Body průniků těchto poměrů nám označují hyperbolu ideální oblasti. Druhý je momentový měnič s plynulým převodovým poměrem (plynulá převodovka), který je znázorněn na obr. 28 b). Tento graf znázorňuje např. charakteristiku hydrodynamického měniče. Je zde vidět, že ke změně momentů dochází již při nulovém poměru otáček. Tím je překonána otáčková mezera a zajištěna funkčnost. 33

35 Obr. 29 nám znázorňuje vliv použití čtyřstupňové převodovky u spalovacího motoru a je zde názorně vykresleno, že u výstupního hřídele (obr. 29 c)) převodovky tímto získáváme čtyři momentová pole, která ve značné míře vyplňují oblast ideálního pole pod hyperbolou ideálního momentu. Moment na výstupním hřídeli je zvětšován v závislosti na použitém převodovém poměru. Mezi šrafováním momentových polí (obr. 29 c)) a hranicí ideální oblasti jsou vidět prázdná nevyšrafovaná místa, která mohou narušovat provoz vozidla. Jednotlivé převodové poměry převodovky musí být navrhovány tak, aby nedocházelo k tomuto narušení chodu, proto by mělo docházet k vzájemnému překrytí jednotlivých momentových polí. Na obr. 29 b) je znázorněno, že když během přenosu hnacího momentu nedochází ke ztrátám (η = 1), pak spojnicí bodů je hyperbola. Mezeru mezi svislou osou diagramu na obr. 29 c) a oblastí momentového pole prvního rychlostního stupně překonáváme během rozjezdu vozidla spojkou. Obr. 29: Změna momentové charakteristiky motoru čtyřstupňovou převodovkou: a) charakteristika spalovacího motoru, b) charakteristika stupňové převodovky, c) charakteristika momentu na výstupu převodovky Na obr. 30 je znázorněno porovnání výkonových charakteristik spalovacího motoru. V prvním případě není použita převodovka a ve druhém případě je použito čtyřstupňové převodovky. Je patrné, že použitím převodovky se dosáhne lepšího vyplnění ideálního pole výkonu. 34

36 Obr. 30: Změna výkonové charakteristiky motoru převodovkou ([4]VLK) 5.2 URČENÍ ROZSAHU RYCHLOSTNÍCH STUPŇŮ Rozsah rychlostních stupňů R i lze vyjádřit jako poměr mezi maximálním celkovým převodem i Cmax a minimálním (základním) převodem i Cmin mezi motorem a hnacími koly. Kde: = (5) i Cmax...maximální převodový poměr i Cmin...minimální převodový poměr Základní převod i Cmin je převod, který se ke spojení motoru a hnacích kol používá nejčastěji. Jedná se tedy o nejmenší zařaditelný převod v převodovce používaný k rozjezdu automobilu. Jeho vyjádření je velice důležité, protože jeho velikost nám určuje polohu rovnovážného stavu při jízdě po rovině maximální rychlostí. Určuje tedy pracovní režim motoru, a má vliv na dynamické vlastnosti automobilu. Při jeho výpočtu se vychází z maximálních otáček n m max, kterých motor dosáhne na rovině při jízdě v maximální rychlosti v max. = 0,377.. (6) Kde: n m max..maximální otáčky motoru r d...dynamický poloměr v max...maximální rychlost Do rovnice 6 se dosazují otáčky motoru za minutu a rychlost v kilometrech za hodinu. 35

37 Převodový poměr i udává poměr, jakým převodové ústrojí zvyšuje točivý moment motoru a lze jej vypočítat jako poměr jednotlivých vstupních a výstupních parametrů na převodovém ústrojí. = = = = = (7) Kde: z 1...počet zubů na vstupním kole z 2...počet zubů na výstupním kole D 1...průměr ozubeného kola vstupního D 2...průměr ozubeného kola výstupního M t1...točivý moment na vstupu M t2...točivý moment na výstupu n 1...otáčky na vstupu n 2...otáčky na výstupu ω 1...úhlová rychlost na vstupu ω 2...úhlová rychlost na výstupu Rozlišujeme převody dopomala (i > 1) a dorychla (i < 1). Maximální celkový převod i Cmax se určuje pro silniční a terénní vozidla rozdílnými způsoby. U silničních vozidel se určuje z maximální požadované stoupavosti. = + (8)! =. (9) Kde: F H max. maximální hnací síla M t max...maximální točivý moment F Smax...odpor maximálního požadovaného stoupání F v...vzdušný odpor r d...dynamický poloměr η m...účinnost motoru 36

38 U terénních vozidel z minimální rychlosti, jakou se má automobil pohybovat při největším převodu a za otáček motoru, při kterých je dosažen maximální točivý moment. = 0,377.. (10) Kde: n m max.. otáčky při maximálním točivém momentu v min... požadovaná minimální rychlost r d...dynamický poloměr U terénních vozidel vychází obvykle větší celkový převod, neboť minimální rychlost bývá u terénních automobilů malá, obvykle 4 km/h a méně. ([4]VLK) 5.3 VOLBA POČTU A ODSTUPŇOVÁNÍ RYCHLOSTNÍCH STUPŇŮ Má-li být efektivně využit výkon motoru při všech rychlostech, kterých je vozidlo schopno dosáhnout, musí být průběh hnací síly co nejvíce přiblížen hyperbole konstantního výkonu. V případě, že vozidlo má pouze základní převod i Cmin a maximální potřebný převod i Cmax, tak by využití výkonu motoru v širokém rozsahu hnacích sil a rychlostí jízdy nebylo možné, jak je patrné z F v diagramu na obr. 31. Obr. 31: F- v diagram pro vozidlo s dvoustupňovou a pětistupňovou převodovkou 37

39 Na využití výkonu motoru má vliv nejenom volba počtu převodových stupňů, ale i průběh hnací síly a tvar momentové charakteristiky motoru. Pokud je tato křivka oblá, má motor značné převýšení maximálního kroutícího momentu nad momentem při maximálních otáčkách, poté při poklesu rychlosti vozidla značně stoupá hnací síla. Odchýlení hnací síly od hyperboly maximálního výkonu je menší, než u ploché momentové charakteristiky. To znamená, že nevyužitelný výkon je menší (Obr. 32). Obr. 32: Přizpůsobení vnější momentové charakteristiky k hyperbole maximálního výkonu: a) motor s malou momentovou pružností, b) motor s velkou momentovou pružností Větší počet převodových stupňů zlepšuje využití výkonu motoru. Převodové stupně lze snáze zařadit, když jsou rozdíly mezi dvěma sousedními stupni minimální a tím klesají i nároky na řadící ústrojí, které toto zařazení usnadňuje. Pro vícestupňové převodovky je poměr dvou sousedních převodů " = = # = $ =%&'(. (11) Kde: i...převodový poměr jednotlivých stupňů Je-li poměr dvou sousedních převodů q n = konst., pak převody jsou odstupňovány podle geometrické řady a spodní špičky pilového diagramu budou ležet na přímce rovnoběžné s vodorovnou osou. To je patrné na obr. 33. Nevýhodou tohoto 38

40 odstupňování je značný rozdíl mezi maximálními rychlostmi na nejvyšší rychlostní stupeň a sousední (nižší) rychlostí. Protože platí Kde: = ) =" )$ i 1...převodový poměr prvního rychlostního stupně i z...požadovaný maximální převodový poměr q n...poměr dvou sousedních převodů (12) tak počet rychlostních stupňů z = * *" +1 (13) Kde: R i max.. otáčky při maximálním točivém momentu q n... poměr dvou sousedních převodů Vypočítané číslo z je však třeba zaokrouhlit na celé větší číslo. Z tohoto důvodu se volí větší počet převodových stupňů než je zapotřebí, poměr dvou sousedních převodů bude tedy menší než q n. Názornou ukázkou tohoto odstupňování je F v diagram a pilový diagram n v, který znázorňuje rychlost vozidla v závislosti na otáčkách při jednotlivých převodových stupních. Zmenšuje-li se koeficient q n sousedních převodů se zvyšováním převodových stupňů, tak toto odstupňování se nazývá progresivní (Obr. 33). Jedním z progresivních odstupňování převodovky je odstupňování aritmetické, kde jsou stejné rozdíly odstupňování mezi každými dvěma sousedními převody. Rychlostní (převodový) skok je veličina, která určuje poměr mezi dvěma sousedními poměry převodů a udává stupeň progresivity., = " " # = " # " #- = " #- " -. = %&'(. (14) Kde: q... poměr dvou sousedních převodů 39

41 Obr. 33: Pilový diagram pětistupňové převodovky s geometrickým a progresivním odstupňováním rychlostních stupňů ([4]VLK) 40

42 6 SROVNÁNÍ VYBRANÝCH PŘEVODOVEK V rámci bakalářské práce jsem se rozhodl vypracovat porovnání převodovek pro konkrétní spalovací motor. K tomuto srovnání jsem si zvolil motor z automobilu Škoda Octavia II a provedu srovnání pro pětistupňovou a šestistupňovou manuální převodovku. Šestistupňová převodovka je standardní převodovka nabízena pro koncernové automobily a pětistupňová převodovka je navržena pro stejný režim motoru. Díky tomu bude možné provést jejich objektivní porovnání. Motor: 2,0 l TDI PD Objem: 1968 cm 3 Výkon: 103 kw Točivý moment: 320 Nm / min -1 Otáčky: 2200 min -1 Kola: 195/65 R15 Poloměr kola: 0,31725 m Převodovka: Manuální 02Q kód HDV Tabulka 1: Parametry vybrané převodovky Rozvodovka Manuální šestistupňová převodovka Převodový stupeň Převodový poměr i (Z 2 / Z 1 ) 41 Celkový převodový poměr i C Pokles otáček [min -1 ] Rychlost v [km.h -1 ] : 20 = 3, : 25 = 2, : 13 = 3,769 13,003-20, : 23 = 2,087 7, , : 34 = 1,324 4, , : 43 = 0,977 3, , : 40 = 0,975 2, , : 43 = 0,814 2, ,6 Tabulka 2: Odstupňování šestistupňové převodovky Poměr převodů Poměr sousedních převodů q n Převodový skok y 1-2 1, ,576 1, ,355 1, ,253 1, ,198 1,046

43 6.1 VÝPOČTY Minimální převodový poměr i Cmin = 0,377.. (15) Kde: n m max...maximální otáčky motoru r d...dynamický poloměr v max...maximální rychlost Poměr sousedních převodů q n " = = # = $ (16) Kde: i...převodový poměr Převodový skok y, = " " # = " # " #- = " #- " -. = " -. "./ (17) Kde: q...poměr sousedních převodů Celková plocha výkonu S 0 = 10 (18) Kde: S i...jednotlivé plochy nevyužitého výkonu Plocha nevyužitého výkonu S i 0 = (19) Kde: a...pokles otáček v pilovém diagramu [mm] b... rozdíl rychlostí v pilovém diagramu [mm] 42

44 Tabulka 3: Parametry navržené převodovky Manuální pětistupňová převodovka q n =1,317 y = 1,086 Převodový stupeň Celkový převodový poměr i C Pokles otáček [min -1 ] Rychlost v [km.h -1 ] 1. 15, , ,1 3. 4, ,5 4. 3, ,5 5. 2, ,6 Tabulka 4: Nevyužitý výkon převodovek Rozdíl mezi převody Nevyužitý výkon šestistupňové převodovky v mm 2 Nevyužitý výkon pětistupňové převodovky v mm 2 Nevyužitý výkon šestistupňové převodovky v % Nevyužitý výkon šestistupňové převodovky v % ,96 779,125 3,403 2, , ,75 3,611 4, , ,93 2,509 4, , ,16 1,887 4, ,35-1,505 Celkový nevyužitý výkon 3350, ,965 12,915 16,894 Celková plocha výkonu: Pětistupňová převodovka: 26014,73 mm 2 Šestistupňová převodovka: 25945,15 mm 2 V tabulce 4 jsou znázorněny plochy nevyužitého výkonu. Samotné porovnání vychází z pilových diagramů, které jsem upravil tak, aby měli stejné rozměry. Tyto diagramy jsou v poměru zmenšeny a znázorněny na obr. 34 a

45 6.2 PILOVÝ DIAGRAM Pilový diagram udává názornou ukázku odstupňování převodovky. Tento diagram znázorňuje rychlost vozidla v závislosti na otáčkách motoru při jednotlivých převodových stupních. Také se podle toho někdy nazývá jako n v diagram. Ukazuje rozdělení rychlostních stupňů, umožňuje vyčíst nejnižší a nejvyšší rychlost a s jeho pomocí můžeme posoudit vhodnost volby počtu rychlostních stupňů. Otáčky motoru [1/min] Obr. 34: Pilový diagram šestistupňové převodovky Otáčky motoru [1/min] Pilový diagram šestistupňové převodovky Rychlost [km/h] Pilový diagram pětistupňové převodovky Rychlost [km/h] Obr. 35: Pilový diagram pětistupňové převodovky 44

46 7 ZÁVĚR V bakalářské práci jsem zpracoval ucelený přehled současných trendů v konstrukci převodových ústrojí u osobních automobilů. Samotná práce je rozdělena do několika kapitol, ve kterých jsou jednotlivé typy rozepsány. Nejdříve se zabývám manuálními převodovkami, které se vyrábějí s pěti nebo šesti řaditelnými převodovými stupni. Dále se u nich zaměřuji na způsoby řazení a jednotlivé možnosti řazení pomocí synchronizačních spojek. Z automatických převodovek jsou zde popsány převodovky se stupňovou změnou převodových poměrů a převodovky s plynulou změnou převodových poměrů, které se v současnosti používají. Také jsou zde zpracovány převodovky řazené pod zatížením a vysvětlena funkce spínání jejich dvou spojek. Převodovky jsou v současné době konstruovány tak, aby pomáhaly snižovat spotřebu paliva. Toho je dosahováno při plynulé změně převodových poměrů, kdy jsou udržovány otáčky motoru v ideálním rozmezí. Díky požadavkům na efektivnost, ale i díky zvyšování jízdního komfortu směřují převodovky k stále častějšímu využívání automatizovaných převodovek. Dále jsou zde uvedeny funkční vlastnosti převodových ústrojí, které jsou popsány především přes spolupráci motoru s převodovým ústrojím, rozsah převodových stupňů a odstupňování převodových stupňů. Na základě těchto poznatků jsem byl schopný navrhnout funkční převodovku pro následné porovnání. V poslední kapitole jsem zpracoval porovnání převodovek pro konkrétní motor. Šestistupňová převodovka je klasickou převodovkou pro automobily Škoda, zatímco pětistupňová převodovka je navržena podle dostupných materiálů a vzorců pro konstrukci převodovek a je zhotovena pro stejné podmínky. Z těchto výpočtů vycházejí pilové diagramy, na kterých jsou vidět jednotlivé oblasti výkonu, mezi kterými se nacházejí oblasti ztrátového výkonu. Tyto oblasti jsem změřil a porovnal jejich plochy s celkovou plochou oblasti výkonu. Ztrátové výkony jsou uvedeny v tabulce nevyužitého výkonu (Tabulka 4). Z vypočítaných a naměřených hodnot vyplývá, že pětistupňová převodovka může při stejných otáčkách dosáhnout stejné rychlosti, jako převodovka šestistupňová. Nevyužitý výkon motoru při jejím použití je ale větší a současně je pomalejší nárůst rychlosti. Na základě nevyužitého výkonu je zřejmé, že u šestistupňové převodovky bude větší efektivita provozu a úspora pohonných hmot. 45

47 8 SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY [1] VLK F., 2003: Převodová ústrojí motorových vozidel. 2. vyd.,vlk, Brno, 312 s. [2] VLK F., 2006: Převody motorových vozidel. 1. vyd., VLK, Brno, 371 s. [3] PILÁRIK M., 2000: Automobily II. INFORMATORIUM, Praha, 135 s. [4] VLK F., 2003: Dynamika motorových vozidel. 2. vyd., VLK, Brno, 432 s. [5] WAGNER R., 2009: History of the Automatic Transmission. Databáze online [cit ]. Dostupné na: [6] OLIVÍK P., 2011: Převodovky CVT: nekonečně převodů. Databáze online [cit ]. Dostupné na: [7] PARKER M., 2009: The History of Manual Transmissions. Databáze online [cit ]. Dostupné na: [8] SAIDL J., 2009: Převodovka DSG. Databáze online [cit ]. Dostupné na: [9] BISKUP P., 2008: Dvouspojková převodovka DSG/PDK/DKG. Databáze online [cit ]. Dostupné na: [10] LÁNÍK O., 2009: Převodovka DSG: podrobný popis. Databáze online [cit ]. Dostupné na: [11] ŠTENGL M., 2011: Samočinné převodovky Svět planet. Databáze online [cit ]. Dostupné na: [12] ŠTENGL M., 2011: Samočinné bezestupňové převodovky Plynule a bez zubů. Databáze online [cit ]. Dostupné na: [13] VAVERKA L., 2008: Nová převodovka Audi S tronic: sedm stupňů a dvě spojky pro quattro. Databáze online [cit ]. Dostupné na: 46