Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Převodová ústrojí motorových vozidel Bakalářská práce Vedoucí práce: doc. Ing. Pavel Sedlák, CSc. Vypracoval: Jakub Rozlivka Brno 2013
PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma Systém pohonu všech kol u osobních automobilů vypracoval samostatně a použil jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém seznamu literatury. Bakalářská práce je školním dílem a může být použita ke komerčním účelům jen se souhlasem vedoucího bakalářské práce a děkana AF MENDELU v Brně. dne.. podpis.
PODĚKOVÁNÍ Dovoluji si tímto poděkovat doc. Ing. Pavlovi Sedlákovi, CSc. za jeho odborné vedení při vypracování bakalářské práce, za poskytnutí cenných rad a odborných informací k práci.
Abstrakt Cílem této bakalářské práce je shrnutí jednotlivých koncepcí převodových ústrojí motorových vozidel. V práci jsou popsány jednotlivé koncepce, princip činnosti a možnosti použití. U jednotlivých druhů převodovek jsou uvedeny výhody a nevýhody jejich použití. V další části jsou rozebrány vybrané druhy konstrukcí. Konec práce popisuje převodovku DKG a naznačuje směr, jakým se bude ubírat v dalších letech. Abstract Aim of this bachelor thesis is to summarise different conceptions of four-wheel driven automobiles. Individual concepts, principles of operation and possibilities of using are described in the thesis. Furthermore the author notes main advantages and disadvantages of different types of gearboxes. The central part is dedicated to description of selected types of construction. The final part of this thesis describes DKG wheel-drive and implies direction of its progress for years to come. Klíčová slova Převodovka, řazení, rychlostní stupeň, převodový poměr Key words Transmission, punching, gear, gear ratios
OBSAH 1 ÚVOD... 8 2 CÍL PRÁCE... 9 3 UŽITÍ A ÚČEL PŘEVODOVEK... 10 3.1 Význam užití převodovky... 10 3.2 Účel převodovek... 12 3.2.1 Přenos a změna velikosti točivého momentu motoru... 12 3.2.2 Převodový poměr... 13 Výpočet převodového poměru... 14 Převodový poměr... 14 Převodový poměr planetové převodovky... 14 3.2.3 Změny otáček výstupního hřídele převodovky... 16 3.2.4 Změna smyslu otáčení hnacích kol vozidla (zpátečka)... 17 3.2.5 Schopnost běhu naprázdno (volnoběh) u vozidla v klidu... 17 4 ROZDĚLENÍ PŘEVODOVEK... 18 4.1 Rozdělení převodovek dle druhu převodu... 18 4.2 Rozdělení převodovek podle způsobu změny převodového poměru... 18 4.3 Rozdělení převodovek podle způsobu řazení... 18 5 NEJČASTĚJŠÍ ZÁSTUPCI PŘEVODOVEK... 19 5.1 Stupňové převodovky se synchronizací... 19 Dvouhřídelové převodovky... 19 Tříhřídelové převodovky... 20 Synchronizace převodů... 21 5.2 Planetová převodovka... 22 5.3 Samočinné převodovky s plynulou změnou převodu... 23 5.4 Automatické (samočinné) převodovky... 24 5.3 Řadící prvky automatických převodovek... 27 5.4 Vyhodnocení převodovek... 29
6 PŘEVODOVKA M DCT (DKG)... 30 6.1 Speciální funkce převodovky M DCT (DKG)... 32 6.2 Schéma zařazených převodových stupňů... 33 6.3 Výpočet rychlostí jednotlivých rychlostních stupňů... 36 6.4 Pilový diagram... 38 7 ZÁVĚR... 40 8 SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY... 41 9 SEZNAM VYOBRAZENÍí... 43
1 ÚVOD Téma Převodová ústrojí motorových vozidel je samo o sobě velmi obsáhlé, jelikož převodová ústrojí jsou použita ve všech variantách dopravní a manipulační techniky (osobní, nákladní, zemědělské, stavební, železniční a lodní atd.) v kombinaci s pístovými spalovacími motory, přitom je na každý z uvedených prostředků v praxi kladen jiný požadavek a nárok. Převodovky jsou součástí převodového ústrojí, do něhož se počítají všechna ústrojí spojující spalovací motor s hnací nápravou a dalšími vedlejšími pohony. Spalovací motor s převodovým ústrojím utvářejí tzv. hnací ústrojí. Z historického hlediska převodovky, které se používají v automobilové dopravě, prošly za posledních třicet let velkými změnami a obrovským technologickým pokrokem. Automobilové firmy se zaměřují na vývoj v této oblasti ve snaze stále přicházet s největšími vymoženostmi a vylepšeními svých produktů, čímž si chtějí zlepšit, popřípadě upevnit své místo na trhu. Převodovky bývají často navrhovány pro použití s motory, které mají různé výkonové parametry, z tohoto důvodu je důležitou veličinou skrze konstrukci hodnota maximálního přeneseného točivého momentu přes spalovací motor až k převodovému ústrojí vozidla. Jednou z priorit automobilových firem je snaha maximalizace sériové výroby a snaha snižovat výrobní náklady. Tento krok má za účel přiblížit vozidla všem vrstvám společnosti, aby vozidla byla cenově dostupná všem. 8
2 CÍL PRÁCE Cílem bakalářské práce na téma Převodová ústrojí motorových vozidel je vypracování přehledu konstrukce vozidlových převodovek, přičemž se zaměřím na převodovky osobních automobilů, princip činnosti, konstrukce základních typů převodovek a rozbor funkce převodového ústrojí jednotlivých druhů. Součástí práce je vyhodnocení převodovky DKG, její výhody a nevýhody. 9
3 UŽITÍ A ÚČEL PŘEVODOVEK 3.1 Význam užití převodovky Pokud by spalovací motor měl tzv. ideální otáčkovou charakteristiku, převodovka by ve vozidle byla nepotřebná. Pro točivý moment při konstantním výkonu Pe = konst. platí a to je rovnice hyperboly. Tedy průběh točivého momentu by musel být hyperbolický viz. obr. 1. 10
Jelikož je hnací síla motoru na hnacích kolech vozidel: kde: točivý moment motoru [Nm] celkový převodový poměr [-] dynamický poloměr [m] mechanická účinnost [-] přímo úměrná točivému momentu, ideální průběh výkonu motoru by byl rovněž hyperbolický, jako na obr. 2. Točivý moment skutečného motoru je od ideálního odlišný. Z toho důvodu, jestliže chceme dosáhnout lepšího využití motoru v celé škále požadovaných rychlostí, vozidla musí být opatřena převodovkou. 11
3.2 Účel převodovek Změna otáček na výstupním hřídeli převodovky Schopnost běhu naprázdno u nepohybujícího se vozidla (volnoběh motoru) Přenos a schopnost změny velikosti točivého momentu motoru Změna otáčení hnacích kol vozidla (zpětný chod) 3.2.1 Přenos a změna velikosti točivého momentu motoru Pístové spalovací motory pracují v určité oblasti otáček, což je mezi otáčkami minimálními (nmin) a otáčkami maximálními (nmax), kde vytvářejí určitý nekonstantní poměr točivého momentu. Převodovky umožňují změnu převodu mezi motorem a hnacími koly tak, aby měl motor bez ohledu na rychlost jízdy stále vysoké otáčky, při kterých má plný výkon. Při jízdě po rovině musí motor kromě ztrát v poháněcím ústrojí překonávat jen odpor valení a odpor vzduchu. Výkon motoru se pro automobil volí tak, aby tyto odpory překonával bez převodu v převodovce (přímý záběr) a vysoké otáčky se využily k dosažení největší rychlosti. Při jízdě do stoupání musí motor navíc překonávat tíhovou složku vozidla, která působí proti směru jízdy. Poněvadž se motor nesmí přetěžovat a výkon motoru již nestačí překonávat všechny odpory, musí se snížit rychlost vozidla, aby se snížil odpor vzduchu a odpor valení. Výkon motoru klesá v závislosti na snižujících se otáčkách. Proto je třeba zařadit v převodovce nižší rychlostní stupeň, aby se opět dosáhlo vysokých otáček a tím plného výkonu motoru, který by stačil k překonávání zvýšených jízdních odporů. Stupně: malý rychlostní stupeň i >1, např. 2,5 do pomala, avšak vyšší rychlostní stupeň i <1, např. 0,7 do rychla, se využívá u osobních vozidel jako nejvyšší rychlostní stupeň, díky němuž se dosáhne maximální rychlosti [3]. 12
3.2.2 Převodový poměr Převodový poměr mění velikost přenášeného točivého momentu mezi spalovacím motorem a hnacími koly vozidla. Převodový poměr definuje vztah mezi vstupními a výstupními otáčkami a je dán poměrem vstupních otáček (n 1 ) k výstupním otáčkám (n 2 ). Rovněž můžeme převodový poměr určit pomocí počtu zubů na ozubených kolech u jednotlivých převodových stupňů, je to tedy poměr zubů na kole hnaném (z 2 ) ku počtu zubů na kole hnacím (z 1 ). i= ; [-] vstupní otáčky, výstupní otáčky, počet zubů hnacího kola, počet zubů hnaného kola Ve výpočtu celkového převodového poměru musí být také zahrnut převod v diferenciálu a koncový převod. Celkový převodový poměr se vypočítá ze vztahu: =. [-] Pokud se vypočte převodový poměr: i > 1 mluvíme o převodu do pomala i < 1 mluvíme o převodu do rychla Převodový poměr pomáhá využít co nejvíce a nejlépe vlastnosti vozidla, výkon motoru vozu a ekonomickou stránku provozu vozu [4]. 13
Výpočet převodového poměru Převodový poměr Převodový poměr mění velikost přenášeného točivého momentu. Převodový poměr planetové převodovky Výpočet je závislý na samotném uspořádání planetové převodovky. Obecný převodový poměr 14
U výpočtů se potkáme s následujícími možnými uspořádáními: Obr. 3 Schéma planetového soukolí (4) 15
Pokud je vloženo více planetových převodů za sebou, jejich celkový převodový poměr je součin poměrů jednotlivých převodů. 3.2.3 Změny otáček výstupního hřídele převodovky Při jízdě pomalou rychlostí jsou nutné nízké otáčky hnacích kol, ovšem při jízdě vyšší rychlostí jsou nutné vysoké otáčky hnacích kol. Je nezbytné, aby se otáčky motoru nacházely v pracovním rozsahu, z tohoto důvodu se musí otáčky motoru měnit převodovkou tak, aby otáčky hnacích kol dovolovaly požadovanou rychlost vozidla. Jestliže jsou zapotřebí nízké otáčky hnacích kol, zvolíme si velký převod, přičemž tím vznikne nízká rychlost vozu. Pokud ovšem jsou zapotřebí vysoké otáčky hnacích kol, tudíž vozidlo potřebuje vysokou rychlost, zvolíme malý převod. V dnešní době mají již skoro všechna osobní vozidla převodovku vybavenou rychloběhem, ten pomáhá zajistit nízké otáčky motoru a snížení spotřeby pohonných hmot vozidla (př. jízda na dálnicích). 16
3.2.4 Změna smyslu otáčení hnacích kol vozidla (zpátečka) Jestliže chceme umožnit couvání, musíme vozidlo vybavit zařízením, které nám dovolí změnu smyslu otáčení kol, toto zařízení nazýváme zpětný rychlostní stupeň. Jako příklad mohu uvést mechanicky přímo řazené převodovky, u nichž bývá zpětný chod zajištěn vloženým kolem s přímým ozubením mezi pár ozubených kol převodovky. Zařazení kola je prováděno v klidovém stavu vozidla bez synchronizace. Tímto umožníme změnu smyslu otáčení hnaného hřídele převodovky distribuující točivý moment na hnací kola vozidla [3]. 3.2.5 Schopnost běhu naprázdno (volnoběh) u vozidla v klidu Běh naprázdno je umožněn dlouhodobým přerušením přenosu točivého momentu. To znamená, že v převodovce není zařazen žádný rychlostní stupeň (je zařazen neutrál ) [1]. 17
4 ROZDĚLENÍ PŘEVODOVEK 4.1 Rozdělení převodovek dle druhu převodu 1) S ozubenými koly dvouhřídelová převodovka tříhřídelová převodovka planetová převodovka 2) Třecí převodovky 3) Řemenové převodovky 4) Diferenciální převodovky 5) Hydrodynamické převodovky 4.2 Rozdělení převodovek podle způsobu změny převodového poměru 1) Stupňové 2) Plynulé Hydrostatické Hydrodynamické Řemenové a moderní třecí 4.3 Rozdělení převodovek podle způsobu řazení 1) S přímým řazením 2) S nepřímým řazením 3) Samočinné převodovky 18
5 NEJČASTĚJŠÍ ZÁSTUPCI PŘEVODOVEK 5.1 Stupňové převodovky se synchronizací U ručně řazených převodovek se vzhledem k jejich jednoduchosti prosadily převodovky s předlohovým hřídelem, které jsou tříhřídelové (koaxiální) nebo dvouhřídelové (neaxiální). U tříhřídelové převodovky mají vstupní a výstupní hřídele společnou osu otáčení, proto je toto uspořádání někdy nazýváno jako koaxiální převodovka. Tříhřídelové převodovky se používají, jestliže motor, převodovka a poháněná náprava jsou v řadě za sebou (standardní pohon). Dvouhřídelové převodovky se nejčastěji používají u vozů s motorem u hnací nápravy (bloková konstrukce) [4]. Dvouhřídelové převodovky Točivý moment u dvouhřídelové převodovky viz. obr. 4 je pro všechny rychlostní stupně přenášen vždy jen jedním párem ozubených kol. S výjimkou nejvyššího rychlostního stupně (přímý záběr není možný) je účinnost takové převodovky velmi dobrá, jelikož při všech stupních, kromě zpětného převodu, je v záběru pouze jeden pár ozubených kol. Jedním párem ozubených kol je tedy také dána možnost celkového převodu [4]. Obr. 4 Dvouhřídelová čtyřstupňová převodovka [5] 19
Tříhřídelové převodovky Točivý moment motoru je u tříhřídelových převodovek viz. obr. 5 přenášen malým ozubeným kolem, které je ve stálém záběru s největším kolem předlohového hřídele. Na předlohovém hřídeli je tolik ozubených kol, kolik je rychlostních stupňů (včetně zpětného převodu). Každé kolo předlohy je v záběru s příslušným kolem na výstupním hřídeli. Tříhřídelová převodovka umožňuje přímý záběr, kdy se moment od motoru, vstupující do převodovky hnacím hřídelem, přenáší zubovou spojkou na souosý (koaxiální) hřídel vystupující z převodovky. V tomto případě se předlohový hřídel rovněž otáčí, ale nepřenáší žádný moment. Tříhřídelová převodovka při přímém záběru pracuje bez ozubených kol, při ostatních rychlostních stupních jsou vždy v záběru dva páry ozubených kol [3, 4]. Obr. 5 Tříhřídelová pětistupňová převodovka [5] 20
Stupňové převodovky je možné také rozčlenit na jednoskupinové a víceskupinové. Jednoskupinové převodovky mají pro každý stupeň jeden vlastní pár ozubených kol (výjimkou je přímý záběr a event. zpětný chod), ke změně rychlostních stupňů je vždy uvolněna jedna řadící spojka a druhá je zapojena. Používají se u osobních automobilů a u nákladních automobilů do 7 rychlostních stupňů. Jejich předností je volná volba převodů a lehké řazení. Mezi nevýhody můžeme zařadit konstrukční náklady, množství ozubených kol a řadících prvků. Víceskupinové převodovky se skládají z několika jednoskupinových převodovek, jejichž převody mohou být různě navzájem kombinovány. Přitom je několik párů ozubených kol a řadících prvků využíváno ve více rychlostních stupních. Proto při změně rychlostního stupně - změně skupiny - musí být uvolněno a uzavřeno více řadících prvků. Obecnou výhodou víceskupinových převodovek je větší počet rychlostních stupňů, aniž by se musel zvyšovat počet párů ozubených kol a řadících prvků [3]. Synchronizace převodů Synchronizační zařízení viz. obr. 6 vyrovnává rozdíl vstupních a výstupních otáček převodovky s převodovým poměrem zařazeného převodového stupně dříve, než dojde k vlastnímu zařazení převodového stupně. Toto vyrovnání (synchronizaci) zajišťuje řadící vidlice. Tlačí při zařazování na synchronizační kroužek a ten třením o kuželovou plochu na příslušném volně otočném ozubeném kole zpomaluje nebo urychluje toto kolo na stejnou úhlovou rychlost, jakou má vstupní hřídel (s výjimkou servo-synchronizace Porsche). Synchronizace umožňuje bezhlučné a rychlé řazení jednotlivých rychlostních stupňů. Většina dnešních převodovek má synchronizovány všechny stupně s výjimkou zpětného chodu. U synchronizovaných převodovek jsou všechna kola (až na zpětný chod) ve stálém záběru kvůli tichosti šikmého ozubení. Kola běží bez rázu a jejich chod je tichý [4]. 21
Obr. 6 Synchronizační spojka 5.2 Planetová převodovka Planetové převodovky viz. obr. 7 umožňují řazení převodových stupňů pod zatížením, tzn. při řazení nedojde k přerušení momentového toku. Planetové soukolí má proti předešlým čelním soukolím řadu výhod. Hnací moment přiváděný centrálním kolem se předává na několik satelitů, takže v ozubení působí menší síly a modul ozubení může být menší. Ložiska všech otočných částí kromě satelitů nejsou v radiálním směru zatížena, neboť zatěžující síly působí jako dvojce. U vhodných typů planetových převodů je velmi dobrá účinnost [2]. Prostor, ve kterém je uloženo planetové soukolí, je dobře využit. Mohou se dobře přenášet i vysoké otáčky. Nevýhodou je pouze velká složitost převodovky a velký počet součástí při větším počtu převodových stupňů. Proto se odstoupilo od konstrukce čtyřstupňové a pětistupňové převodovky tipu Wilson. Nejvíce se uplatňují dvou až třístupňové planetové převodovky umožňující zpětný chod, které pracují společně s hydrodynamickou spojkou nebo s hydrodynamickým měničem [3]. Řazení se může ovládat buď poloautomaticky nebo automaticky (brzdění určitých částí planetového soukolí pásovou nebo elektromagnetickou brzdou) a obsluha vozidla při jízdě se soustřeďuje pouze na řízení a ovládání akceleračního a brzdového pedálu. 22
Planetové soukolí se uplatňuje i jako soukolí diferenciálů v rozvodovkách, jako redukce umístěná v kolech hnací nápravy a u přídavných převodovek [4]. Obr. 7 Schéma planetového soukolí [10] Ring gear ozubené korunové kolo, Planet gear planetové kolo, Sun gear 1 centrální kolo 1, Sun gear 2 centrální kolo 2, Firts gear step 1. Převodový stupeň, Second gear step 2. Převodový stupeň (10). 5.3 Samočinné převodovky s plynulou změnou převodu Převodovky s plynulou změnou převodu (CVT) viz. obr. 8 nemají na rozdíl od konvenčních stupňových převodovek žádné pevně stanovené převodové stupně, pouze zpravidla velmi velké rozpětí od nejlehčího do nejtěžšího převodu. Mezi těmito dvěma extrémy může převodovka měnit převod plynule bez jakýchkoliv rázů a trhání. Princip činnosti nejčastěji používaného typu plynulé převodovky CVT je tzv. variátor (existují i další typy, např. planetové nebo toroidní). Variátor je založen na spojení dvou řemenic (jedna je na vstupním, druhá na výstupním hřídeli) klikovým řemenem. U moderních převodovek CVT je spojení provedeno ocelovým pásem nebo řetězem složeným z velmi přesných a odolných článků. Změna převodového poměru 23
je realizována koordinovaným axiálním posouváním kuželových kotoučů, čímž se mění průměr řemenic [6]. Nevýhodou CVT je životnost řemenu, respektive řetězu, a jeho omezená schopnost přenášet vysoké točivé momenty, neboť se jedná o extrémně namáhanou část převodovky. Na druhé straně jsou převodovky CVT velice kompaktní, komfortní a hospodárné [6]. Obr. 8 Samočinná převodovka s plynulou změnou převodu [6] 5.4 Automatické (samočinné) převodovky Automatické převodovky viz. obr. 9 zjednodušují obsluhu vozidla, neboť řazení převodových stupňů se děje automaticky (samočinně). Řidič však i při automatickém řazení musí mít možnost zásahu do automatizované činnosti, např. při klesání možnost zařadit nižší stupeň (vyšší převod) pro dosáhnutí účinného brzdění motorem nebo při předjíždění, kdy je nutné rychle zařadit nejvýhodnější převodový stupeň [2]. 24
Automatické převodovky musí i mimo tyto požadavky splňovat mnohá z dalších kritérií, mezi které patří například: blokování převodového ústrojí při parkování plynulý rozjezd vozidla nastartování motoru jen při neutrální poloze nebo parkovací poloze řadicí páky uvolnění uváznutého vozidla střídavým řazením dopředního a zpětného převodového stupně plynulé řazení převodových stupňů, aniž by vozidlo sebou škubalo při rychlém a úplném otevření škrtící klapky karburátoru musí být zařazen nižší převodový stupeň, který umožňuje vyšší akceleraci při běhu naprázdno nesmí dojít k samovolnému pohybu vozidla moment zařazení příslušného převodového stupně musí být závislý od zatížení motoru a rychlosti vozidla Automatické převodovky jsou stupňové (hydrodynamický měnič v kombinaci s ozubenými, nejčastěji planetovými převody), nebo plynulé. Pomocí volící páky je řidič schopen zasáhnout do řízení automatické převodovky. U automatických převodovek probíhá řízení samočinně na základě předvolby provozního režimu [3]. Polohy volící páky: P parkování R reverse (zpětný chod) N neutrál (spouštění motoru) D drive (normální jízda) L low (jízda do stoupání) 25
Řidič si může zvolit mezi dvěma, popřípadě třemi řadícími programy, např. ekonomickým, sportovním nebo zimním program. Díky těmto programům ovlivňujeme také spotřebu pohonných hmot [3]. Obr. 9 Řez automatickou převodovkou konstrukce Mercedes Benz 7G - Tronic [7] 1 olejové čerpadlo řídící hydraulický převodní tlak, 2 řadící členy s lamelovými spojkami a soukolí planetových převodovek, 3 - výstupní hřídel převodovky, 4 parkovací uzávěrka, 5 připojení pro mechanické spojení s volící pákou, 6 řídící a ovládací jednotka s magnetickými ventily, elektronickou jednotkou a čidly, integrovaná do olejové vany, 7 řídící elektronická jednotka řazení, 8 magnetické ventily, ovládající řadící členy, 9 hydrodynamický měnič točivého momentu, 10 vstupní hřídel, 11 přemosťovací spojka měniče s řízeným prokluzem a tlumícími prvky [7] 26
5.3 Řadící prvky automatických převodovek Důležitou vlastností samočinných hydromechanických převodovek viz. obr. 10 je, že řadí pod zatížením. Přitom přeřazení z jednoho rychlostního stupně na druhý zde není pouhá skoková změna poměru vstupního a výstupního momentu, nýbrž jde o činnost daleko složitější. Pro požadovaný plavný způsob řazení je nutné vzájemné překrývání jednotlivých stupňů. To znamená, že jeden řadící člen je ještě v činnosti, když druhý začal již řadit. Třecí řadící elementy v průběhu procesu řazení prokluzují, čímž se v nich mění část přenášené mechanické energie na teplo [2]. Na plavost řazení má vliv jednak regulační systém převodovky, jednak správná volba řadícího elementu, jeho dimenzování, dokonalost jeho provedení a druh použitého oleje v kombinaci s příslušným druhem třecího materiálu a podobně [3]. Mezi velmi důležité součásti hydrodynamické převodovky z uvedených řadících elementů patří brzdy, spojky, volnoběžky. Spojka zprostředkuje spojení dvou členů planetového soukolí, popřípadě slouží k blokování hydrodynamického měniče momentu. Funkční celek je složen z pracovního válce s pístem a vratnou pružinou, z přítlačného kotouče, dále z lamel s vnitřním drážkováním, které jsou posuvně uloženy na vnitřní hlavě spojky. V neposlední řadě pak z mezilamel s vnějším drážkováním posuvně uložených ve vnějším tělesu spojky [4]. 27
Obr. 10 Dvojce lamelových spojek v planetové převodovce [2] 1 hnací hřídel, 2 vnitřní těleso levé spojky 17, 3 píst levé spojky s nákružkem, 4 vnější těleso hlavní části spojky, 5 lamely spojené s tělesem 4. mezilamely, 6- talířová pružina, 7 vratná pružina, 8 lamely spojené vnitřním tělesem 11, 9 vnější těleso pravé spojky 13, 10 píst pravé spojky, 11 vnitřní těleso hlavní části spojky, 12 výstupní hřídel, 13 pravá spojka, 14 centrální kolo, 15, 16 přívody tlakového oleje, 17 hnané lamely [2] Úkolem brzd je zastavit daný člen planetového soukolí, tj. spojit jej se skříní (rámem) převodovky. Zastavit člen lze za jeho rotace (např. při řazení za jízdy) nebo se člen, který se nachází v klidu, spojí s rámem (např. při řazení zpětného chodu). Známe brzdy pásové popřípadě lamelové [3]. Lamelová brzda viz. obr.11 svými funkčními částmi a konstrukcí připomíná lamelovou spojku. Vnější těleso brzdy je pevně spojeno se skříní převodovky. Lamelová brzda má plechové lamely s unášecími drážkami na vnějším a vnitřním obvodu. Přívod tlakového oleje do neotáčecího se hydraulického válce je proto pochopitelně snazší. Chybí také odlehčovací ventil v pístu. Dle funkčního umístění 28
v kinematickém schématu převodovky brzda spíná za rotace, nebo za klidu. Za klidu se připouští vyšší měrný tlak na obložení (brzda pak je menších rozměrů), i opotřebení lamel je menší [4]. Obr. 11 Díly lamelové brzdy [4] 1 ocelový nosič, 2 ocelové lamely s vnějšími drážkami, 3 lamely s obložením a vnitřními drážkami Volnoběžky se využívají zejména jako nezbytná část komplexního hydrodynamického měniče momentu, kde umožňují zachycení reakčního momentu lopatkového kola převaděče na rám převodovky v režimu násobení momentu měniče a samočinné uvolnění převaděče v případě, že měnič pracuje za spojkovým bodem a nedochází tudíž k násobení momentu. V tomto daném režimu umožňuje volnoběžka převaděči jeho volné protáčení v proudu pracovní kapaliny [3]. 5.4 Vyhodnocení převodovek Převodová ústrojí jsou nepostradatelnou částí vozidla. V posledních letech jsou sice automatické převodovky na vzestupu díky pohodlnější a bezpečnější jízdě, přesto jsou stále nejvíce využívané manuální převodovky se synchronizací. Díky konstrukční jednoduchosti a menšímu počtu součástí není jejich výroba tak konstrukčně a finančně nákladná jako u převodovek automatických. 29
6 PŘEVODOVKA M DCT (DKG) BMW představilo novou generaci sekvenčních převodovek. M Double Clutch Transmission (převodovka s dvojitou spojkou) s Drivelogic (M DKG) je volitelná výbava pro automobil značky BMW typu E9X série M3 (viz. obr. 12), kde je označená jako M DCT Drivelogic. 0br. 12 BMW typu E9X série M3 V předchozích dvou generacích BMW M3 bylo možné nalézt sekvenční automatizovanou převodovku SMG. Před třemi léty vyvinula automobilka BMW novou sekvenční převodovku. Jedná se o sedmistupňovou dvojspojkovou skříň, která zlepšuje jízdní dynamiku vozidla. Převodovka M DCT je navržena pro sportovní jízdu a nabízí dva základní režimy řazení: automatický D režim pro pohodlnou jízdu (např. ve městě), nebo manuální S režim pro sportovní jízdu. Převodovka M Double Clutch Transmission (převodovka s dvojitou spojkou) kombinuje výhody manuální M převodovky s automatickou převodovkou [12]. Automatický režim využívá 5 programů řazení, manuální režim ještě o jeden více. Za jízdy je sepnuta pouze jedna ze spojek, zatímco druhá je rozpojená. Při každém řazení si spojky v podstatě plynule mezi sebou předají záběr, a tím i rychlostní stupeň. Rozepínání jedné a sepínání druhé spojky probíhá současně šetří čas. Výsledkem je změna převodového stupně bez přerušení toku točivého momentu a bez rázů. Řazení je tedy rychlé a pohodlné [12]. 30
Převodovky M DCT mají řídící jednotku Drivelogic. Tato řídící jednotka umožňuje, aby si řidič sám přizpůsobil jízdní styl vozidla BMW M3. Nová elektronická jednotka umí navíc v průběhu řazení reagovat na potřeby řidiče. Na základě polohy pedálu plynu, otáček motoru, rychlosti jízdy a zvoleného jízdního režimu rozpozná např. jak silnou akceleraci si řidič přeje [12]. Teplota oleje v převodovce je regulována pomocí dvoustupňového systému chlazení. Elektrický, automatický, parkovací zámek byl integrován do systému. Výběr jízdních programů a jednotlivých stupňů převodovky zajišťuje elektrický přepínač rychlosti. Rozdílné jízdní režimy a nastavení lze volit pomocí regulátoru pětistupňového menu [11]. Uspořádání motoru s převodovými ústrojími viz obr. 13 Obr. 13 Uložení převodovky M DCT 31
Převodovka M DCT viz obr. 14 se skládá z páru mechanických převodovek, z nichž je každá k výstupnímu hřídeli spojena samostatnou spojkou. Jedna převodovka je složena ze sudých převodů, druhá z lichých převodů. Plynulým přechodem mezi sepnutím jedné a rozepnutím druhé spojky dochází k přeřazení. Spojky jsou uloženy v olejové lázni [12]. Obr. 14 Rozložení převodovky M DCT [12] 6.1 Speciální funkce převodovky M DCT (DKG) Hydrualické ovládaní dvojité (mokré) spojky Mechatronický modul, který se skládá z M DCT elektroniky a M DCT hydraulických komponentů Vnitřní přímé mazání klíčových přenosových oblastí a komponentů Speciální dvoustupňový systém chlazení oleje Nový M DCT elektronický přepínač stupňů převodovky M GWS Automatický parkovací zámek 32
Obr. 15 Převodové ústrojí M DCT [11] 6.2 Schéma zařazených převodových stupňů Na schématech viz obr. 16-24 je znázorněn průběh točivého momentu při zařazených rychlostních stupních 1-7 a zpětného chodu. Obr. 16 Schéma převodovky M DCT zařazen neutrál [11] 33
Obr. 17 Schéma převodovky M DCT zařazen 1. převodový stupeň [11] Obr. 18 Schéma převodovky M DCT zařazen 2. převodový stupeň [11] Obr. 19 Schéma převodovky M DCT zařazen 3. převodový stupeň [11] 34
Obr. 20 Schéma převodovky M DCT zařazen 4. převodový stupeň [11] Obr. 21 Schéma převodovky M DCT zařazen 5. převodový stupeň [11] Obr. 22 Schéma převodovky M DCT zařazen 6. převodový stupeň [11] 35
Obr. 23 Schéma převodovky M DCT zařazen 7. převodový stupeň [11] Obr. 24 Schéma převodovky M DCT zařazen zpětný chod [11] 6.3 Výpočet rychlostí jednotlivých rychlostních stupňů Údaje jsou získané z měření na válcové zkušebně vysoké škole Zemědělské, následně dopočítány. 1. Rychlostní stupeň n = 9000 = 150, = 0,26035 m, = 3,307, =? km = = = 20,6 3,6 = 74 km n otáčky motoru, - poloměr kola, celkový převodový poměr, 36
v- rychlost 1. rychlostního stupně 2. Rychlostní stupeň n = 9000 = 150, = 0,26035 m, = 2,116, =? km = = = 32,2 3,6 = 116 km 3. Rychlostní stupeň n = 9000 = 150, = 0,26035 m, = 1,493, =? km = = = 45,63 3,6 = 164 km 4. Rychlostní stupeň n = 9000 = 150, = 0,26035 m, = 1,1637, =? km = = = 58,55 3,6 = 211 km 5. Rychlostní stupeň n = 9000 = 150, = 0,26035 m, = 0,9638, =? km = = = 70,68 3,6 = 255 km 6. Rychlostní stupeň n = 9000 = 150, = 0,26035 m, = 0,8341, =? km = = = 81,67 3,6 = 294 km 37
7. Rychlostní stupeň n = 9000 = 150, = 0,26035 m, = 0,6934, =? km = = = 98,25 3,6 = 354 km R. Rychlostní stupeň n = 9000 = 150, = 0,26035 m, = 3,088, =? km = = = 22,06 3,6 = 79 km 6.4 Pilový diagram Obr. 25 Pilový diagram za jízdy dopředu převodovky M DCT 38
Obr. 26 Pilový diagram za jízdy dozadu převodovky M DCT 39
7 ZÁVĚR Pro každý rychlostní stupeň byly díky celkovým převodovým stupňům, dynamickému poloměru kola a otáček motoru vypočteny pojezdové rychlosti. Ze sestaveného pilového diagramu vyplývá, že převodovka je odstupňována aritmeticky. Převodovka M DCT (DKG) je schopná rychlejšího řazení převodových stupňů, díky tomu má větší akceleraci než převodovka nového M3, nižší spotřebu paliva a snížily se i emise. Tato převodovka využívá dvou spojek, obě spojky jsou tzv. oilcooled (olejem chlazené). Jedna spojka je využívána pro nepravidelné řazení a pro zpětný chod, druhá spojka se využívá pro ostatní řazení. Za jízdy je využita pouze jedna spojka, zatímco druhá je předpřipravena, díky tomu probíhá řazení téměř okamžitě. Tato převodovka je posledním produktem značky BMW. Firma BMW si chce díky technologické inovaci, kterou převodovka M DCT (DKG) představuje, upevnit vůdčí pozici na automobilovém trhu. V neposlední řadě je převodovka M DCT (DKG) konkurentem rozšířenějšího typu převodovky DSG od firmy Volkswagen. 40
8 SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY 8.1 Knižní literatura [1] JAN, Z. - ŽDÁNSKÝ, B. : Automobily 2: Převody, 3. vyd. Brno: Nakl. Avid, 2006, 129 s. ISBN 80-903671-5-1. [2] VLK, F. : Převody motorových vozidel: spojky, převodovky, rozvodovky, diferenciály, hnací hřídele, klouby. 1. vyd. Brno: Vlk, 2006, 371 s. ISNB 80-239-6463-1. [3] VLK, F. : Převody motorových vozidel: spojky, převodovky, rozvodovky, diferenciály, hnací hřídele, klouby. 2. vyd. Brno: Vlk, 2003, 312 s. ISNB 80-239-0025-0. [4] VLK, F. : Převody motorových vozidel: spojky, převodovky, rozvodovky, diferenciály, hnací hřídele, klouby. 1. vyd. Brno: Vlk, 2000, 312 s. ISNB 80-238-5275-2. [5] JAN, Z. a kol: Automobily II. 1. vyd. Brno: Technické překladatelství a vydavatelství, 2000, 97 s. 8.2 Internetové zdroje [6] OLIVÍK, P.: Převodovky CVT: nekonečně převodů [online] [cit. 2013-O4-23]. Dostupné z: http://www.autorevue.cz/prevodovky-cvt-nekonecne-prevodu_1 [7] ČECH J.: Převodová ústrojí III. [online] [cit. 2013-04-19]. Dostupné z: http://skoda.panda.cz/clanek.php3?id=437 [8] BMW AG: New BMW M DKG Transmission [online] [cit. 2013-04-15]. Dostupné z: http://www.worldcarfans.com/10801172607/new-bmw-m-dkg-transmission [9] Převodovka DKG [online] [cit. 2013-04-07]. Dostupné z: www.fastestlaps.com/photos/bmw_m3_(e92)_dkg_482e042dfb74.jpg [10] Planetové soukolí [online] [cit. 2013-04-13]. Dostupné z: http://www.rohloft.cz/system-planetove-prevodovky.php 41
[11] M DCT Drivelogic [online] [cit. 2013-04-13]. Dostupné z: http://www.google.cz/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&ved=0cc8q FjAA&url=http%3A%2F%2Fwww.m3post.com%2Fforums%2Fattachment.php%3Fatt achmentid%3d587904%26d%3d1317583307&ei=stjkudqtbcevpifmgfah&usg=af QjCNGU6ICQDs3kIOin2erL1uMNwn4Y7w&sig2=sl5lHlTj8QaIZu2y0z3cUQ&bvm=b v.44158598 8.3 Článek [12] HANKE, P.: Technika: Dvouspojková převodovka M DCT in BMW revue, č. 1, rok 2008. s. 14-16. 42
9 SENAM VYOBRAZENÍ Obr. 1 Ideální otáčková charakteristika spalovacího motoru.....11 Obr. 2 Ideální průběh hnacího výkonu spalovacího motoru.. 12 Obr. 3 Schéma planetového soukolí... 16 Obr. 4 Dvouhřídelová čtyřstupňová převodovka... 20 Obr. 5 Tříhřídelová pětistupňová převodovka....21 Obr. 6 Synchronizační spojka.....23 Obr. 7 Schéma planetového soukolí... 24 Obr. 8 Samočinná převodovka s plynulou změnou převodu...25 Obr. 9 Řez automatickou převodovkou Mercedes-Benz 7G-Tronic.....27 Obr. 10 Dvojce lamelových spojek v planetové převodovce....29 Obr. 11 Díly lamelové brzdy.. 30 Obr. 12 BMW typu E9X série M3.....31 Obr. 13 Uložení převodovky M DCT....32 Obr. 14 Rozložení převodovky M DCT....33 Obr. 15 Převodové ústrojí M DCT.34 Obr. 16 Schéma převodovky M DCT zařazen neutrál...34 Obr. 17 Schéma převodovky M DCT zařazen 1. převodový stupeň. 35 Obr. 18 Schéma převodovky M DCT zařazen 2. převodový stupeň. 35 Obr. 19 Schéma převodovky M DCT zařazen 3. převodový stupeň...35 Obr. 20 Schéma převodovky M DCT zařazen 4. převodový stupeň.36 Obr. 21 Schéma převodovky M DCT zařazen 5. převodový stupeň.36 43
Obr. 22 Schéma převodovky M DCT zařazen 6. převodový stupeň.36 Obr. 23 Schéma převodovky M DCT zařazen 7. převodový stupeň.37 Obr. 24 Schéma převodovky M DCT zařazen zpětný chod..37 Obr. 25 Pilový diagram za jízdy dopředu převodovky M DCT...39 Obr. 26 Pilový diagram za jízdy dozadu převodovky M DCT..40 44