MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ AGRONOMICKÁ FAKULTA BAKALÁŘSKÁ PRÁCE

MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ AGRONOMICKÁ FAKULTA BAKALÁŘSKÁ PRÁCE BRNO 2010 PETR POLCAR

Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav techniky a automobilové dopravy Mechanický variátor skútru a jeho úprava Bakalářská práce Vedoucí práce: doc. Ing. Miroslav Havlíček, CSc. Vypracoval: Petr Polcar Brno 2010

PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma Mechanický variátor skútru a jeho úprava vypracoval samostatně a použil jen parametrů, které cituji a uvádím v přiloženém seznamu literatury. Diplomová práce je školním dílem a může být použita ke komerčním účelům jen se souhlasem vedoucího bakalářské práce a děkana Agronomické fakulty Mendelovy univerzity v Brně. dne..... podpis diplomanta...

PODĚKOVÁNÍ Zde bych rád poděkoval panu doc. Ing. Miroslavu Havlíčkovi, CSc. za odborné vedení, důležité rady a hlavně pomoc při tvorbě této práce. Dále děkuji rodičům za poskytnutí zázemí a dobrých studijních podmínek.

ABSTRAKT V této práci na téma Mechanický variátor skútru a jeho úprava, se zabývám popisem a seznámením s plynule měnitelnou převodovkou pro skútry, neboli tzv. variátorem. Snažím se podrobně popsat textem i obrázkovou formou funkci variátoru při různých fázích jízdy a možnosti úpravy sériového variátoru. Úvodem práce je sepsána historie vzniku skútru a variátoru s názornými ukázkami obrázků, dále se zabývám popisem konstrukce a funkce variátoru a jeho důležitých komponentů. V další části práce se zabývám návrhem úpravy mechanického variátoru pro využití maximálního výkonu motoru, doplněné výkonnostními grafy skútrů. Tato práce obsahuje detailní nákres variátoru a všech jeho částí. Závěrem práce jsou sepsány výhody a nevýhody použití mechanického variátoru. Klíčová slova: skútr, variátor, hnaná řemenice, hnací řemenice, odstředivý regulátor, válečky, vinutá pružina, řemen.

ABSTRACT In this work on the Mechanical variator scooter and its adaptation I deal with the description and identification with a continuously variable transmission for motor scooters, or so-called variator. I try to describe in detail by the form of text and picture the function at different stages of the variator drive and serial variator adjustment options. An introduction there is a written history of the scooter and its variator with illustrative examples of images. I also deal with the description of structure and function of the variator and its major components. The next section considers the design modifications of the mechanical variator to use maximum power, supplemented by performance graphs scooter. This work contains a detailed sketch of the variator and all its parts. Conclusion of the work, there are drawn pros and cons of using a mechanical variator. Keywords: scooter, variator, driven pulley, driving pulley, centrifugal governor, rollers, coil springs, thong.

OBSAH 1 ÚVOD... 7 2 CÍL PRÁCE... 8 3 HISTORIE SKÚTRU... 9 4 HISTORIE VARIÁTORU... 12 5 MECHANICKÝ VARIÁTOR... 14 5.1 Druhy variátorů... 14 5.1.1 Párová kuželová kola... 14 5.1.2 Protilehlá kuželová kola... 15 5.1.3 Talířová konstrukce... 15 5.2 Variátor skútru... 16 5.3 Konstrukce... 16 5.4 Hnací řemenice... 16 5.4.1 Pevný kuželový kotouč... 18 5.4.2 Nastavitelný kuželový kotouč s odstředivým regulátorem... 18 5.4.3 Váleček... 19 5.4.4 Víčko... 19 5.4.5 Klínový řemen... 19 5.5 Hnaná řemenice... 20 5.5.1 Pevný kuželový kotouč... 21 5.5.2 Nastavitelný kuželový kotouč... 21 5.5.3 Vinutá pružina... 21 5.6 Funkce variátoru... 22 5.6.1 Funkce hnací řemenice... 22 5.6.2 Funkce hnané řemenice... 23 6 NÁVR ÚPRAVY MECHANICKÉHO VARIÁTORU... 25 6.1 Nastavení pomoci vinuté pružiny... 25 6.2 Nastavení pomoci válečků... 27 6.3 Nastavení pomoci odstředivého regulátoru... 28 7 VYHODNOCENÍ MECHANICKÉHO VARIÁTORU... 30 8 ZÁVĚR... 31 9 SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY... 32 10 SEZNAM OBRÁZKŮ... 33 6

1 ÚVOD Téma Mechanický variátor skútru a jeho úprava, jsem si zvolil pro vypracování závěrečné práce v rámci bakalářského studia na Mendelově univerzitě v Brně, obor Provoz techniky. Zvolené téma mě inspirovalo z mé vlastní zkušenosti, poněvadž delší dobu vlastním skútr a jako převážná většina majitelů skútru, tak i já jsem dlouho nevěděl na jakém principu a jakým způsobem pracuje variátor u skútru. Tato práce by měla přiblížit řidiči nebo majiteli problematiku týkající se konstrukce a funkce variátoru u skútru. Dnešní skútry mohou řídit řidiči už od 15.let a to je věk kluků, kdy se chtějí předhánět s co nejvíce výkonnými skútry. Proto další část práce je zaměřena na možnosti úpravy variátoru pro využití maximálního výkonu motoru. V grafech obsažených v kapitole jsou názorně vidět změny při jednotlivých úpravách variátoru. Práce je napsána a vysvětlena podrobnou textovou formou, doplněnou o názorné obrázky všech částí obsažených ve variátoru a je určena jak široké veřejnosti zabývající se tématem mechanického variátoru, tak i majitelům skútru. 7

2 CÍL PRÁCE Cílem této práce je seznámení s mechanickým variátorem u skútru, popis funkčnosti a účelu variátoru, jeho historie a seznámení s jednotlivými komponenty konstrukce variátoru pomoci obrázků a textu, dále návrh možností úprav sériového mechanického variátoru k využití maximálního výkonu motoru u skútru. 8

3 HISTORIE SKÚTRU Historie vývoje skútru sahá až do začátku 20.století, kdy měli konstruktéři snahu uvést na trh dopravní prostředek, který bude stavěn tak, aby poskytoval v mezích rozumné váhy a ceny stroje co možná největší ochranu před nepohodou. To klasický motocykl nemohl nabídnout. I když byl opatřen plechovými chrániči nohou a průhledným štítem, bylo stále nebezpečí, že se oděv znečistí od motoru, bláta nebo vody. Jízda v sukni byla na motocyklu vůbec nemožná. Pravděpodobně první, kdo se snažil postavit vozidlo, které by v pohodlí a čistotě předčilo motocykl, byl v roce 1904 Dr. Elleham. Tehdejší motory však nebyly příliš spolehlivé. Ellehamův stroj měl ostatně velkou nevýhodu v tom, že jej bylo třeba rozbíhat. Příliš se nerozšířil. Obrázek 1: Ellehamův stroj Ve 20.letech 20.století se z nedostatku nových automobilů, zejména levných, zrodila myšlenka motorizované koloběžky - skútru. Různí výrobci se snažily co nejrychleji vyvinout a zahájit prodej svého typu na úkor spolehlivosti. Lidé v té době nerozeznali dobré výrobky od nekvalitních a zavrhly lehký malý dopravní prostředek jako neřiditelný a nespolehlivý. Později, kdy továrny začaly vyrábět velké série malých automobilů, nikdo si v té době na skútr již nevzpomněl. Skútry dvacátých let neobstály, protože nemohly konkurovat tehdejším motocyklům. V letech 1936 až 1939 se rozšířila oblíbenost lehkých motorových kol. Obrázek 2: Motorizovaná koloběžka První, kdo u nás a snad v celé Evropě věřil, že opět nastane doba skútrů a že jejich odbyt bude stálý, byl konstruktér J.F.Koch. Koch byl první a riskoval. Uvažoval docela 9

logicky, že skútr je jiné vozidlo než motocykl, že se nemá vyrábět místo motocyklu, nýbrž vedle něho. První Kochův prototyp vyjel v roce 1940. Byl to stroj samonosné konstrukce plechová karoserie byla krytem a zároveň páteří stroje. Stroj měl všechny znaky moderního lehkého skútru. Z hlediska válečné zásobovací situace měl však velkou nevýhodu. Byl téměř celý z ocelového plechu, jakého bylo během války nedostatek. A proto byla jeho výroba omezená a nakonec zastavena. Obrázek 3: Kochův skútr V roce 1946 italská továrna Piaggio předvedla projekt leteckého inženýra Corradina D Ascania, který chtěl po 2.sv. válce uvést na trh výrobek, který bude levný, hospodárný, dostupný každému a bude vhodný pro městský provoz. Tak vznikl první světově úspěšný skútr s názvem Vespa. Model měl klíčové konstrukční znaky jako bodově svařené šasi, karosérii zakrývající řetěz, jednostranné kyvné rameno a při pohledu shora nápadně připomínající vosu, tedy italsky Vespu. Obrázek 4: Skútr Vespa Skútr Vespa byl celosvětově oblíbený a inspirací pro mnoha konstruktéry. Jedním z nich se stal v roce 1947 Ital Ferdinando Innocentiho. 10

Jeho skútr s názvem Lambretta se od Vespy lišil konstrukcí rámu. Místo výrobně náročného svařence z plechových výlisků, vytvořil rám kombinací plechu a ocelových trubek. Obrázek 5: Skútr Lambretta Modely Vespa a Lambretta se velmi dobře uvedli na trh a svět si začal uvědomovat významnost skútru, jejich prodej se z Evropy postupně rozšířil do celého světa. Až do poloviny 80.let Vespa a Lambretta byly na vrcholu oblíbenosti a prodejnosti mezi skútry. V roce 1983 Honda představila skútr Elite, který měl rám z trubkové konstrukce a moderní plastové kryty. Elite se díky plastovým krytům dostal do oblíbenosti po celém světě. Nástupce Elite u Hondy se stal v roce 1985 model Aero50, první skútr s automatickou převodovkou. Honda díky automatické převodovce a plastovým krytům dala skútrům snadnější ovladatelnost a modernější vzhled. Postupem času se skútr modernizoval a dostával do popředí mezi různými výrobci. Lidé si začali uvědomovat jeho význam a důležitost v silniční dopravě. Pod pojmem skútr, si každý člověk v dnešní době představí dvoukolé, snadno ovladatelné motorové vozidlo s automatickou převodovkou pro snadnější provoz na pozemních komunikacích. 11

4 HISTORIE VARIÁTORU Svoji úspěšnou historii zahájili variátory v roce 1958, kdy holandský výrobce motorových vozidel DAF, Hub van Doorne navrhl a postavil plynule měnitelnou převodovku Variomatic (Continuously Variable Transmission CVT). Jeho inspirací byl náčrt konceptu od Leonarda da Vinci, který v roce 1490 vymyslel plynule měnitelný převod. Výhodou převodovky bylo co nejlépe přizpůsobit otáčky a moment motoru k rozsahu hnacích sil a provozních rychlostí vozidla. Nová převodovka se měla stát velkou výhodou malého, cenově dostupného automobilu. Prvním automobilem s použitím variátoru byl DAF 55, který měl dvě soustavy variátoru, jednu pro pravé zadní kolo a druhou pro levé zadní kolo. Tímto způsobem se u tohoto vozu odstranila nutnost diferenciálu. Obrázek 6: Variátor u vozu DAF 55 V roce 1975, americký výrobce motocyklů značky ROKON předvedl svůj terénní motocykl s označením ST 340 Automatik, který měl převod pomocí Variátoru. Variátor nevedl až k zadnímu kolu, jako u dnešních skútrů, ale byl pouze zabudován v konstrukci motoru. Výhoda byla v plynulém záběru zadního kola v každém okamžiku a jednodušším ovládáním stroje, které bylo pro jezdce snazší a nemusel se tolik soustředit na řazení. 12

Obrázek 7: Motocykl ROKON s variátorem Typickým projevem převodovky CVT, byla dříve neobvyklá akustická kulisa, která připomínala cosi mezi zvukem vysavače a proudového motoru. Neobvyklé chování bylo způsobeno rychlým nárůstem otáček motoru a plynulou změnou převodu, kdy byl motor udržován v optimálním pracovním pásu. Variátor se postupem času dostával do popředí nejen mezi výrobce automobilů ale i skútru a malých zahradních traktůrků. Koncem 80.let se plynule měnitelná převodovka (CVT) pro automobily modernizovala na převodovku s elektronicky řízeným plynule měnitelným převodovým poměrem (ECVT) a stala se tak jedna z nejvíce používanějších převodovek ve světě. Obrázek 8: Automobilová převodovka s variátorem Obrázek 9: Variátor skútru 13

5 MECHANICKÝ VARIÁTOR Bez stupňový převod, neboli převod s nekonečně velkým počtem převodových stupňů, se označuje variátor. Je nejvýhodnějším řešením převodovek pro motorová vozidla. Výhodou tohoto typu převodovek je v co nejlepším využití efektivního pracovního pásma spalovacího motoru. Jedním z úkolů převodovky je co nejlépe přizpůsobit otáčky a moment motoru k rozsahu hnacích sil a k provozním rychlostem vozidla. Stupňové převodovky (ať manuálně nebo automaticky řazené) mají v tomto směru nevýhodu ve větším či menším podílu nevyužitého výkonu. Ten se zmenšuje s vyšší momentovou pružností motoru a s počtem rychlostních stupňů. Variátory se současně vyznačují plynulou změnou převodového poměru bez přerušení tažné síly a tak přispívají ke zvýšení komfortu a dynamického zrychlení. Vozidla s tímto typem převodovek se vyznačují nízkou spotřebou paliva a nižšími emisemi CO2. 5.1 Druhy variátorů 5.1.1 Párová kuželová kola Principem funkce je přenos kroutícího momentu a otáček jako u řemenice. Rozdíl v tomto případě je ten, že se využívá proměnného průměru řemenice na straně hnaného i hnacího kola. Konstrukce využívá páru kuželových kol, které dohromady tvoří drážku pro vedení řemenu. Kola jsou orientována vrcholy proti sobě tak, aby bylo vytvořeno úžlabí pro řemen. Změnou vzdálenosti mezi kužely je dosaženo změny průměru, přes který je veden řemen. Poloha kuželů na straně hnané i hnací hřídele musí být taková, aby obvodová vzdálenost převodu, byla shodná s délkou řemenu. Obrázek 10: Párová kuželová kola 14

5.1.2 Protilehlá kuželová kola Princip je ve využití dvou rotujících kuželů, které jsou zrcadlově uloženy ve dvou osách, ve stejné rovině. Přenos mezi povrchem jednotlivých kuželů je realizován řemenem, který je veden vodícími saněmi. Vodící saně se pohybují mezi levým a pravým okrajem kuželů, přičemž je-li řemen na největším průměru jednoho kola, je zároveň na nejmenším průměru druhého kužele a naopak. Změnou polohy řemene, na obvodu kuželů, kolmo na jejich osu, je možno měnit převodový poměr. Obrázek 11: Protilehlá kuželová kola 5.1.3 Talířová konstrukce Přenos se realizuje vloženým kolem, které je posouváno na spojnici os talířových kol. Konstrukce dovoluje jak plynulou změnu převodového poměru, tak i změnu směru otáčení. Osa, po které se posouvá vložené kolo, je pevná. Obrázek 12: Talířová konstrukce 15

5.2 Variátor skútru Variátor je zařízení, které umožňuje plynulou změnu převodu bez nutnosti řazení jednotlivých rychlostních stupňů. Použitý variátor u skútru pracuje na principu párových kuželových kol (viz. kapitola 5.1.1), která jsou spojena klínovým řemenem. Princip činnosti spočívá v plynulé změně průměru dvou řemenic (hnací a hnané), spojené klínovým řemenem. 5.3 Konstrukce Variátor se skládá z hnací a hnané řemenice, spojené klínovým řemenem viz. Obrázek 13. Obrázek 13: Schéma konstrukce variátoru 5.4 Hnací řemenice Řemenice hnací, která je umístěna na klikovém hřídeli motoru, zajišťuje v závislosti na práci odstředivého regulátoru, přenos hnací síly, od motoru přes klínový řemen na hnanou řemenici. Hnací řemenice je tvořena jedním pevným kuželovým kotoučem a jedním nastavitelným kuželovým kotoučem, který je opatřen odstředivým regulátorem. Tento kuželový kotouč se v závislosti na činnosti odstředivého regulátoru, přibližuje nebo oddaluje od pevného kuželového kotouče, čímž mění průměr řemenice, 16

po které se pohybuje klínový řemen. V základní poloze jsou kuželová kola vzdálena v krajní poloze od sebe a klínový řemen je na malém průměru řemenice. Odstředivý regulátor je tvořen několika válečky, uloženými uvnitř tělesa regulátoru. Válečky, uloženy v drážkách u středu regulátoru, se při navyšujících se otáčkách motoru odstředivou silou odvalují k okraji regulátoru, čímž zajišťují pohyb kuželového kotouče a následně změnu průměru řemenice po které se pohybuje klínový řemen. Schéma jednotlivých částí hnací řemenice viz. Obrázek 14. Obrázek 14: Schéma hnací řemenice 1. Pevný kuželový kotouč 2. Nastavitelný kuželový kotouč s odstředivým regulátorem 3. Váleček 4. Víčko 5. Klínový řemen 17

5.4.1 Pevný kuželový kotouč Pevný kuželový kotouč hnací řemenice je pevně spojen s klikovou hřídelí motoru a zajišťuje pevnou opěrnou stranu při změně průměru řemenice. Kuželová boční plocha, po které se pohybuje klínový řemen je hladká aby se zajistil plynulý pohyb řemene po ploše a následně celkový plynulý převod variátoru. Obrázek 15: Pevný kuželový kotouč 5.4.2 Nastavitelný kuželový kotouč s odstředivým regulátorem Nastavitelný kuželový kotouč je uložen na klikové hřídeli motoru a jeho úkolem je, v závislosti se změnou otáček motoru, měnit přímočarým pohybem směrem k pevnému kuželovému kotouči průměr hnací řemenice. Skládá se z kuželového kotouče který má na vnitřní straně zabudovaný odstředivý regulátor. Úhel a sklon kuželové strany je stejný jako u protilehlého pevného kuželového kotouče. Na vnitřní straně kotouče je odstředivý regulátor opatřen drážky s mírným stoupáním od středu směrem k vnějšku, ve kterých se odstředivou silou odvalují válečky. Odvalováním těchto válečků od středu k vnějšku regulátoru se při zvyšujících se otáčkách zajišťuje plynulý posun kuželového kotouče směrem k pevnému kuželovému kotouči a tím i změna průměru řemenice. Obrázek 16: Odstředivý regulátor 18

5.4.3 Váleček Válečky v odstředivém regulátoru u skútru jsou uloženy volně v drážkách a slouží jako závažíčka, která se s rostoucími otáčkami odstředivého regulátoru odvalují od středu k okraji regulátoru. Válečky jsou válcového, podélně dutého tvaru, které jsou tvořeny ze dvou hmot. Vnitřní část válečku je tvořena mosazným prstencovým válečkem různých rozměrů a váhy (viz kapitola 6.2), obaleným v nylonové hmotě. Vnější nylonová vrstva má vynikající kluzné vlastnosti, což vede k menšímu opotřebení válečků a zvyšuje jejich životnost. Obrázek 17: Válečky 5.4.4 Víčko Víčko odstředivého regulátoru je uloženo na klikové hřídeli motoru a zajišťuje, aby válečky v regulátoru byly uloženy v příslušných drážkách. Válečky které se odstředivou silou odvalují v drážkách regulátoru, se opírají o víčko a díky tomu se plynule posouvá nastavitelný kuželový kotouč s regulátorem směrem k pevnému kuželovému kotouči. Obrázek 18: Víčko 5.4.5 Klínový řemen Klínový řemen spojuje hnací řemenici variátoru s hnanou a slouží k měnění celkového převodového poměru. Pomocí klínového řemene se přenáší vzniklá hnací síla od motoru dále na hnací kolo skútru. Obrázek 19: Klínový řemen 19

5.5 Hnaná řemenice Hnaná řemenice, která je spojena s hnací řemenicí klínovým řemenem, je volně uložena na hřídeli zajišťující pohon zadního kola. Spojením řemenice s hřídelí je zajištěno přes odstředivou spojku, která je též umístěna na této hřídeli a spojena pevně s hnanou řemenicí. Hnaná řemenice je jako hnací řemenice tvořena jedním pevným a jedním nastavitelným kuželovým kotoučem, které k sobě přitlačuje vinutá pružina. V základní poloze, oproti hnací řemenici, jsou proto kuželové kotouče u sebe a klínový řemen je na velkém průměru řemenice. Při navyšujících se otáčkách motoru a následné změně průměru hnací řemenice, vlivem odstředivého variátoru, se pomocí klínového řemenu současně překonává přítlak vinuté pružiny a mění se průměr hnané řemenice. Tím se klínový řemen dostává z většího průměru řemenice na menší a dochází k plynulému převodu. Schéma jednotlivých částí hnané řemenice viz. Obrázek 20. Obrázek 20: Schéma hnané řemenice 1. Pevný kuželový kotouč 2. Nastavitelný kuželový kotouč 3. Vinutá pružina 20

5.5.1 Pevný kuželový kotouč Pevný kuželový kotouč hnané řemenice má stejnou funkci jako pevný kuželový kotouč na hnací řemenici. Je uložen volně na hnané hřídeli, která zajišťuje pohon hnaného kola a zajišťuje pevnou opěrnou stranu pro řemen při změně průměru řemenice. 5.5.2 Nastavitelný kuželový kotouč Nastavitelný kuželový kotouč je volně uložen jako pevný kotouč na hnané hřídeli. Pomoci vinuté pružiny je přitlačován k pevnému kuželovému kotouči. Při nízkých otáčkách odstředivého regulátoru, je nastavitelný kotouč natlačený pružinou u pevného kotouče a zajišťuje klínovému řemenu větší průměr řemenice. Zvyšujícími se otáčkami odstředivého regulátoru se vlivem posunu klínového řemen na větší průměr hnací řemenice, začne překonávat přepětí vinuté pružiny a nastavitelný kuželový kotouč se plynule přesune od pevného kuželového kotouče. Posunutím nastavitelného kuželového kotouče směrem od pevného kotouče se docílí změny v menším průměru řemenice. 5.5.3 Vinutá pružina Vinutá pružina je uložena mezi hnanou řemenicí variátoru a odstředivou spojkou. Její hlavní funkcí je aby svým přepětím zajišťovala stálý tlak na nastavitelný kuželový kotouč a tím zajišťovala aby nedocházelo k prokluzování klínového řemene. Vinutá pružina má různou tuhost označenou jiným zbarvením pružiny (viz. kapitola 6.1) Obrázek 21: Vinutá pružina 21

5.6 Funkce variátoru Funkcí variátoru u skútru je, aby spojoval a měnil převod hnací síly od motoru k hnanému kolu automaticky a plynule ve všech provozních rychlostech. Tuto funkci zajišťuje kuželové soukolí hnací a hnané řemenice, spojené uvnitř variátoru klínovým řemenem. V závislosti na otáčkách odstředivého regulátoru, který se nachází na jednom kuželovém kotouči hnací řemenice, se mění průměr hnací řemenice a v závislosti na ní se přes klínový řemen mění průměr hnané řemenice. Díky změně průměrů obou řemenic, se získává plynule měněný převodový poměr. 5.6.1 Funkce hnací řemenice Hnací řemenice je uložená přímo na klikové hřídeli motoru a zajišťuje přenos hnací síly od motoru na klínový řemen, který dál pohání hnanou řemenici variátoru. Hlavní funkcí hnací řemenice je plynule měnit, se změnou otáček motoru, průměr řemenice po které se pohybuje klínový řemen. Změna průměru řemenice se děje pomocí odstředivého regulátoru, který pracuje v závislosti na změně otáček motoru. Hnací řemenice při nízkých otáčkách motoru je znázorněna na obrázku 22. Odstředivý regulátor má malé otáčky a válečky nemají dostatečnou odstředivou sílu k tomu, aby se odvalili k okraji regulátoru. Kuželové kotouče jsou proto od sebe vzdáleny na šířku klínového řemene, který se pohybuje po menším průměru řemenice. Tímto způsobem je zajištěn nižší převodový poměr variátoru, který se používá k rozjezdu skútru nebo jízdě do kopce. Obrázek 22: Hnací řemenice při nízkých otáčkách 22

Při navyšujících se otáčkách motoru, jízda po rovině nebo z kopce, se zároveň zvyšují otáčky odstředivého regulátoru. Vzniklá odstředivá síla na válečkách v regulátoru, odvaluje válečky v drážkách s mírným stoupáním směrem k okraji regulátoru (číslo 1 na obrázku 23), a ty způsobí, že se nastavitelný kuželový kotouč s odstředivým regulátorem plynule posune směrem k pevné polovině řemenice (číslo 2 na obrázku 23). Následkem pohybu kuželových kotoučů k sobě se zároveň zvětšuje průměr hnací řemenice a řemen se plynule vytlačuje z malého průměru na větší průměr (číslo 3 na obrázku 23). Pohybem řemene po větším průměru se získává větší převodový poměr, který se používá při maximální rychlosti. Obrázek 23 znázorňuje hnací řemenici při maximálních otáčkách motoru. Obrázek 23: Hnací řemenice při maximálních otáčkách 5.6.2 Funkce hnané řemenice Hnaná řemenice, která je přes klínový řemen spojená s hnací řemenicí, je volně uložena na hnané hřídeli, zajišťující pohon zadního kola a tím i rozjezd skútru. Spojení hnané řemenice a hřídele zajišťuje odstředivá spojka, která samočinně s navyšujícími se otáčkami hnané řemenice spojuje hnanou řemenici variátoru s hřídelí. Hnaná řemenice se skládá ze dvou kuželových kotoučů, jeden z kuželových kotoučů je pevný a druhý nastavitelný. Obrázek 24 znázorňuje hnanou řemenici při nízkých otáčkách motoru (rozjezd skútru nebo jízda do kopce). Odstředivý regulátor na hnací řemenici má nízké otáčky a klínový řemen na hnací řemenici obíhá na menším průměru řemenice. Aby byl zajištěn 23

menší převodový poměr variátoru, kuželové kotouče na hnané řemenici jsou vlivem přítlaku pružiny u sebe a klínový řemen obíhá po velkém průměru hnané řemenice. Obrázek 24: Hnaná řemenice při nízkých otáčkách Při jízdě po rovině nebo z kopce, se vlivem odstředivého regulátoru pohybuje klínový řemen na hnací řemenici po větším průměru a v důsledku toho se pomoci klínového řemene překoná přítlak pružiny a kuželové kotouče se od sebe oddálí. Důsledkem oddálení kuželových kotoučů na hnané řemenici se klínový řemen přesune na menší průměr řemenice a celý variátor bude pracovat s větším převodovým poměrem. Obrázek 25 znázorňuje hnanou řemenici při jízdě po rovině nebo z kopce. Obrázek 25: Hnaná řemenice při maximálních otáčkách 24

6 NÁVR ÚPRAVY MECHANICKÉHO VARIÁTORU Sériový variátor u skútrů je nastaven od výrobce tak, aby pracoval ve všech provozních podmínkách s částečně omezeným výkonem. Cílem tohoto omezení se ale zvyšuje jeho životnost a snižuje spotřeba paliva. Pro vyšší využití výkonu motoru je možné variátor upravit a to několika možnými způsoby. Úpravou mechanického variátoru se snažíme aby motor vyvinul svůj maximální výkon v určitém rozsahu otáček. To spočívá ve výměně několika komponentů variátoru za jiné, které zajišťují lepší chování a vliv na změnu převodového poměru. Při nastavování variátoru je zapotřebí aby převodové řemenice drželi stále otáčky motoru v oblasti, kde je nejvyšší výkonová hodnota motoru. Takto nastaveným variátorem se docílí maximální výkon při akceleraci kdykoliv je potřeba. Když jsou otáčky vyšší, nebo nižší než optimální, skútr nedosahuje potřebného výkonu a nemá dostatečnou hnací sílu potřebnou pro zrychlení. Nastavení optimálních otáček variátoru se provádí výměnou a následným sladěním vinuté pružiny s válečky. Taková úprava však umožňuje zvýšení výkonu jen do určité míry. Další zvyšování je pak možné výměnou celé hnací řemenice s odstředivým regulátorem za sportovní verzi. 6.1 Nastavení pomoci vinuté pružiny Při nastavování variátoru se vinutá pružina volí současně s nastavováním a volbou válečků. Vinuté pružiny jsou dostupné s různou tuhostí, označené jiným zbarvením viz. Graf 1: Tuhost pružin. Síla [N] 0 5 10 15 20 25 Stlačení pružiny [mm] Graf 1: Tuhost pružin 25

Síla pružiny ovlivňuje otáčky motoru při akceleraci a tím i výběr hmotnosti válečků. Silnější pružina vyvíjí větší tlak na řemen a zabraňuje jeho proklouznutí, tím se přenáší větší hnaná síla z řemene na řemenici. Nevýhodou při použití silnější pružiny může být zbytečně velká síla, která může nadměrně opotřebovávat řemen a rychleji opotřebovávat válečky. Při použití silné pružiny bude potřeba těžších válečků pro překonání předpětí pružiny. Pokud se použije slabá pružina nebo pružina už není dost silná, převodový poměr se mění příliš brzy a nerovnoměrně a navíc nedokáže vracet převodový poměr zpět, to se pozná především při jízdě do kopce, kdy otáčky klesají. Při výběru slabé pružiny, řemen snadněji roztlačí řemenice od sebe a bude potřeba použít jen lehčí válečky. Následující Graf 2 znázorňuje výkonové a otáčkové křivky skútru Peugeot Jet Force 50 ccm. Na modré výkonové křivce je vidět kolísání výkonu při akceleraci, jehož příčinou je slabá vinutá pružina. Červená výkonová křivka znázorňuje stejně nastavený variátor s vyměněnou pružinou za tvrdší. Výkon skútr sice klesl o 0,2 kw, ale skútr zrychluje plynule bez výkyvů. Graf 2: Peugeot Jet Force 26

6.2 Nastavení pomoci válečků Válečky jsou při nastavování variátoru nejdůležitějším prvkem. Jsou k dispozici v různých hmotnostních a rozměrových variantách, označených jiným zbarvením vnějšího obalu. Cílem výběru válečků je vybrat takové, které budou držet otáčky motoru co nejblíže k jeho výkonové hodnotě při akceleraci. Při volbě těžkých válečků, jsou válečky odstředivou silou už v nižších otáčkách tlačeny rychleji ven a převodový poměr se mění dříve. Zvolením těžších válečků se motor do svých optimálních otáček nedostane a výkon není využit v maximální možné míře. Volbou lehkých válečků při zachování stejné vinuté pružiny, je potřeba vyšších otáček, aby je vyvinutá odstředivá síla dostala do pohybu, to bude mít za následek pomalu měnitelný převodový poměr. Pokud se zvolí příliš lehké válečky, bude motor sice pracovat ve vysokých otáčkách, ale výsledkem bude malá maximální rychlost. Následující Graf 3, znázorňuje červenými křivkami výkon a otáčky sériového variátoru bez úpravy u skútru Yamaha Jog RR 50 ccm. Maximální výkon skútru je 3,4 kw při 9500 ot/min. Nastavováním variátoru se zjistilo že otáčky motoru byly vyšší než optimální a motor tak nedosahoval maximálního výkonu. Získáním optimálních otáček se docílilo výměnou válečků za válečky těžší. Další nastavení proběhlo výměnou slabší pružiny za pružinu tvrdší z důvodu poklesu výkonu ve vyšších rychlostech. Modrá křivka v grafu znázorňuje výkon a otáčky motoru po optimálním nastavení. Maximální výkon skútru se zvýšil na 3,8 kw při 8800 ot/min. 27

Graf 3: Yamaha Jog RR 6.3 Nastavení pomoci odstředivého regulátoru Nastavení variátoru pomoci odstředivého regulátoru se provádí výměnou celé hnací řemenice s odstředivým regulátorem za sportovní verzi. Sériová řemenice je vyrobena konstrukčně tak aby pracovala ve všech provozních podmínkách. Výměnou za sportovní řemenici se dosáhne lepší akcelerace a zvýšení maximální rychlosti u skútru viz. Graf 4. Sportovní hnací řemenice se liší od sériové řemenice na první pohled celkovým větším průměrem. Větší průměr řemenice při použití delšího řemene, má výhodu ve využití vyššího převodového poměru, který celkově zvýší maximální rychlost skútru. Další výhodou sportovní řemenice, je v plynulejším stoupáním drážek pro válečky v odstředivém regulátoru. Tato úprava celkově zlepšuje průběh výkonové křivky a tím i průběh akcelerace. Graf 4 zobrazuje výkonové a otáčkové křivky skútru Gilera Runner 50 ccm. Na skútru se porovnávaly tři druhy sportovních odstředivých regulátoru se sériovým 28

regulátorem. Variátor byl vždy osazen sériovými válečky a sériovou vinutou pružinou, aby byly zřetelně vidět změny na výkonové a otáčkové křivce. Modrá křivka v grafu znázorňuje výkonovou křivku původního sériového regulátoru, který dosahoval maximálního výkonu 3,2 kw při 7600 ot/min. Maximální rychlost skútru byla 75 km/h. Červená křivka znázorňuje sportovní regulátor značky J-costa. Maximální výkon skútru zůstal stejný jako u sériového variátoru 3,2 kw, ale posunul se do otáček 7900 ot/min. Maximální rychlost skútru se zvýšila na 87 km/h. Zelenou křivkou je znázorněn odstředivý regulátor označením Multivar od firmy Malossi. Maximální výkon skútru vzrostl na 3,7 kw při 8500 ot/min. Maximální rychlost za použití tohoto odstředivého regulátoru se pohybovala na 95 km/h. Poslední odstředivý regulátor byl od firmy Polini typu Speed control, označen černou barvou. Maximální výkon skútru při otáčkách 8400 ot/min byl stejný jakou u verze Multivar 3,7 kw, ale při dalším navyšováním rychlosti se výkonová křivka pohybovala výše než u Multivaru. Graf 4: Gilera Runner 29

7 VYHODNOCENÍ MECHANICKÉHO VARIÁTORU Plynule měnitelná převodovka (CVT), neboli tzv. variátor je konstrukčně řešen u motorových vozidel pomoci párových kuželových kol. Je typem převodovky, který má nekonečně velký počet převodových stupňů a proto umožňuje plynulou změnu převodového poměru bez nutnosti řazení jednotlivých rychlostních stupňů. Díky tomuto plynulému nastavení může převodovka udržovat nejefektivnější otáčky motoru, které zajistí získání optimálního výkonu motoru. Použitím variátoru ve vozidlech se snižuje spotřeba paliva a produkování nižších emisí CO2. Pro řidiče převodovka typu variátoru představuje komfortnější a snazší řízení vozidla. Variátory, oproti klasické manuální převodovce, mají nevýhodu v nižší celkové účinnosti. Manuální převodovka má účinnost 97%, zatímco variátor má průměrnou účinnost kolem 86%. Nižší účinnost variátoru způsobují mechanické ztráty v podobě prokluzu řemene mezi řemenicemi. Z důvodu malé účinnosti se převodovka typu variátor nehodí pro přenos vyšších výkonů. Variátory u skútrů jsou konstrukčně řešeny v menším provedením než u automobilů z důvodu přenosu menšího výkonu. Sériové variátory jsou od výrobce přednastaveny tak, aby pracovaly ve všech provozních podmínkách s částečně omezeným výkonem motoru. Díky tomuto omezení se zvyšuje jeho životnost a snižuje se spotřeba paliva. Variátory u skútrů se oproti automobilovým variátorům díky malé velikosti a snadnému přístupu dají různě upravovat pro využití maximálního výkonu motoru. Upravování variátoru je otázkou dlouhodobé zkušenosti a hlavně trpělivosti. I zkušení odborníci v servisech nebo v závodních týmech často hledají obtížně ideální nastavení. 30

8 ZÁVĚR Tuto práci na téma Mechanický variátor skútru a jeho úprava jsem zaměřil hlavně na popis konstrukce a funkce variátoru. Snažil jsem se přiblížit problematiku týkající se mechanického variátoru a jeho významu pro použití u skútrů. Kapitola č.6 Návrh úpravy mechanického variátoru slouží jako názorná teoretická ukázka pro úpravu variátoru, kdy pomoci křivek grafů z motorové brzdy jsou vidět přesně změny, kterých se dosáhne po úpravě nastavení. Vypracováním této bakalářské práce mi přineslo prohloubení znalostí v oblasti historie skútrů a mechanického variátoru. Pevně doufám, že moje snažení nebylo marné a přinese užitek mně i studentům školy. K vypracování práce je dostupné velice málo publikací a materiálu. Většinu materiálu jsem čerpal z anglických internetových stránek. Snahou bylo co nejvíce zjednodušit popis funkce systému a napsat ji pro pochopení všech čtenářů. Díky mé vlastní zkušenosti z oblasti skútru a jeho variátoru a snaze se o problematice dozvědět co nejvíce informací, se pro mě tato práce stala velice zajímavou a zábavnou. 31

9 SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY Schermer, F. J. Skútry ošetření, údržba, opravy. KOPP, Praha, 2000. 184s. VLK, F. Převodová ústrojí motorových vozidel. 2. Vyd. Brno: František Vlk, 2003. 312s. WWW STRÁNKY www.cs.wikipedia.org www.skutrklub.cz www.news.auto.cz www.scootland.cz www.skoda.panda.cz www.motorky-gole.cz www.mallosi.com www.heboracing.com www.teamcalamari.com 32

10 SEZNAM OBRÁZKŮ Obrázek 1: Ellehamův stroj... 9 Obrázek 2: Motorizovaná koloběžka... 9 Obrázek 3: Kochův skútr... 10 Obrázek 4: Skútr Vespa... 10 Obrázek 5: Skútr Lambretta... 11 Obrázek 6: Variátor u vozu DAF 55... 12 Obrázek 7: Motocykl ROKON s variátorem... 13 Obrázek 8: Automobilová převodovka s variátorem... 13 Obrázek 9: Variátor skútru... 13 Obrázek 10: Párová kuželová kola... 14 Obrázek 11: Protilehlá kuželová kola... 15 Obrázek 12: Talířová konstrukce... 15 Obrázek 13: Schéma konstrukce variátoru... 16 Obrázek 14: Schéma hnací řemenice... 17 Obrázek 15: Pevný kuželový kotouč... 18 Obrázek 16: Odstředivý regulátor... 18 Obrázek 17: Válečky... 19 Obrázek 18: Víčko... 19 Obrázek 19: Klínový řemen... 19 Obrázek 20: Schéma hnané řemenice... 20 Obrázek 21: Vinutá pružina... 21 Obrázek 22: Hnací řemenice při nízkých otáčkách... 22 Obrázek 23: Hnací řemenice při maximálních otáčkách... 23 Obrázek 24: Hnaná řemenice při nízkých otáčkách... 24 Obrázek 25: Hnaná řemenice při maximálních otáčkách... 24 SEZNAM GRAFŮ Graf 1: Tuhost pružin... 25 Graf 2: Peugeot Jet Force... 26 Graf 3: Yamaha Jog RR... 28 Graf 4: Gilera Runner... 29 33