przekladnia_skrzynia_biegow.pdf

Partner konkursu

PRZEKŁADNIA - SKRZYNIA BIEGÓW

Przyczepność a moment obrotowy silnika

Wiele miejsca poświęcamy zagadnieniom związanym z przyczepnością koła do nawierzchni.

Jak z pewnością wielu kierowców doświadczyło w swojej praktyce, istnieją samochody, w których

ruszając z miejsca można doprowadzić właśnie do “zerwania” przyczepności nie tylko podczas ruszania

na biegu pierwszym ale nawet drugim.

Dość rzadko pojawiają się konstrukcje samochodów, które umożliwiają osiągnięcie tego efektu na bie-

gach wyższych, tzn. np. trzecim lub czwartym.

Wynika stąd oczywisty wniosek:

Wytwarzany przez silnik moment obrotowy jest zbyt mały, aby umożliwiać “efektywne” roz- pędzanie

pojazdu - silnikowi trzeba więc “pomóc”.

Stąd, w układzie napędowym od wielu już dziesięcioleci występuje dodatkowa przekładnia, zespół -

nazywany skrzynią biegów, umożliwiający zwiększenie siły napędowej występującej na kołach, a także,

co jest bardzo ważne i niestety dość często pomjane w rozważaniach, “dopasowanie” para- metrów

pracy silnika do warunków obciążenia zewnętrznego.

Zastosowanie skrzyni biegów w samochodach wydaje się być dzisiaj oczywiste, jednak ujmując ten

problem z perspektywy historycznego rozwoju samochodu, nie zawsze było tak oczywiste, jak nam się

to może wydawać.

Partner konkursu

Pomimo popularnie używanego określenia “skrzynia biegów”, zatrzymamy się przy nazwie nieco bardziej

technicznej - przekładnia.

Przekładnia - trochę teorii

Przekładnia składa się z dwóch kół: większego - napędzającego ( czynnego ) i mniejszego - napędza

nego ( biernego ); jest to sposób przekazywania napędu, który umownie oznaczymy jako 1.

Należy mieć na uwadze to, że tak przedstawia się sytuacja w np. rowerze. Nic nie stoi jednak na przesz-

kodzie temu, aby przekładnię “odwrócić”, kiedy to napędzane byłoby koło mniejsze, a napęd “odbi-

erany” był przez koło większe; ten sposób oznaczymy 2.

Przełożenie przekładni

Koło napędowe obraca się z prędkością obrotową n 1 [obr/min] i wytwarza moment obrotowy T 1 ( np.

pochodzący od siły mięśni osoby jadącej tym rowerem, koło napędzane obraca się natomiast z prędkością

obrotową n 2 [obr/min], a na jego osi powstaje moment obrotowy T 2 .

Zgodnie z intuicją techniczną jesteśmy w stanie stwierdzić, że momenty T 1 i T 2 nie są sobie równe,

podobnie jak nie są sobie równe prędkości n 1 i n 2 .

Już w tym stwierdzeniu dokonuje się odpowiedz na postawione wyżej pytanie: przekładnia, niezależnie

od rodzaju i budowy dokonuje “przełożenia” - zmiany zarówno prędkości obrotowej elementów

“odbierających” napęd jak i momentu obrotowego przekazywanego na ich osie.

Sposób obliczenia zmiany, nazywanej przełożeniem i oznaczanej umownie literą “ i ” , jest prosty.

Przełożenie określane jest w technice samochodowej również umownie jako stosunek prędkości obro-

towej części czynnej do prędkości obrotowej części biernej:

n n

czynna

n i

bierna

Oznacza to więc, że liczba obrotów części biernej będzie, zależnie od wartości przełożenia, większa lub

mniejsza od prędkości obrotowej części czynnej.

Tak więc, dla i większych od 1, część bierna będzie wykonywała mniej obrotów od części czynnej, dla

i mniejszych od 1 część bierna będzie wykonywała więcej obrotów od części czynnej.

=〉 , n

czynna

Partner konkursu

Przy założeniu przykładowej wartości przełożenia 4, a właściwie ( 4 : 1 ), że część czynna wykona 4

obroty w tym samym czasie, w którym część bierna wykona jeden obrót.

Podobnie, zakładając przełożenie i = 0,5, obliczymy, że część czynna wykona 1 obrót w tym samym

czasie, w którym część bierna wykona dwa obroty.

Inaczej przedstawić można będzie zmianę ( przełożenie ) momentu obrotowego przekazywanego na oś

części biernej:

T T

bierna

, T

iT bierna czynna

czynna

co będzie oznaczać, że część bierna, dla przełożeń większych od 1 będzie napędzana większym mo-

mentem obrotowym, a przy przełożeniu mniejszym od 1 mniejszym momentem obrotowym ( w stosunku

do części czynnej ).

Posługując się tymi samymi wartościami przełożeń, otrzymamy kolejno: dla przełożenia i = 4 , część

bierna będzie napędzana momentem cztery razy większym od momentu napędzającego część czynną

i dla przełożenia i = 0,5 część czynna będzie napędzana momentem dwa razy mniejszym od momentu

części czynnej.

Całkowite przełożenie układu napędowego

Dość często w dokumentacji technicznej pojazdu pojawia się określenie “przełożenie całkowite układu

napędowego”

Wyjaśnienia tego pojęcia należy szukać w podstawach mechaniki, które określają przełożenie całkowite

szeregu przekładni ( i c - przełożenie całkowite ) jako iloczyn przełożeń ( i 1 , i 2 , i 3 ... ) każdej z przekładni.

Partner konkursu

Zapisując to w postaci zależności matematycznej otrzymamy:

i c = i 1 • i 2 • i 3 • ....

Zapis ten oznacza, że zastosowanie szeregu przekładni jest równoznaczne z zastosowaniem jed-

nej przekładni o przełożeniu wynikającym z przemnożenia kolejnych wartości przełożeń przekładni

“cząstkowych”.

Zapis ten ma znaczenie pierwszorzędne w technice, a w technice samochodowej w szczególności,

oznacza bowiem, że możliwe jest stosowanie szeregu przekładni o względnie małych przełożeniach,

zamiast jednej przekładni o przełożeniu odpowiednio dużym.

Odnosząc te rozważania do wartości liczbowych, możemy założyć realizację przełożenia i = 15 na

kilka sposobów; i c = 3 • 5, i c = 5 • 3, czy wreszcie przez zastosowanie przekładni o “przypadkowych”

wartościach przełożenia i c = 4,629 • 3,240.

Pewnego wyjaśnienia może wymagać określenie “szereg przekładni” - otóż szereg przekładni to

przekładnie połączone ze sobą w ten sposób, że wał “wyjściowy” jednej przekładni jest jednocześnie

wałem wyjściowym drugiej przekładni.

Należy przy tym zauważyć, że również dla takiego rozwiązania konstrukcyjnego, obowiązują wszystkie

zależności tak, jak dla pojedynczej przekładni.

Przykładowo: przełożenie i 1 = 3,5 oraz i 2 = 3,5, ( obie przekładnie są redukujące ) całkowite przełożenie

takiej przekładni będzie więc i c = 12,25.

Zastosowanie takiego szeregu dwóch przekładni pozwoli więc na zwiększenie wyjściowego momentu

obrotowego ponad 12 razy, zmianie ulegnie także prędkość obrotowa - zmniejszy się ona również ponad

12 razy.

Partner konkursu

Podobne zależności zachodzą dla układu napędowego pojazdu przedstawionego na rys. 6.

“Przepływanie” strumienia mocy przez kolejne zespoły układu napędowego powoduje odpowiednio

zwiększanie momentu obrotowego i zmniejszanie prędkości obrotowej.

Możliwe jest zastosowanie jeszcze przekładni dodatkowych: reduktorów, zwolnic, multiplikatorów,

które np. dla dwóch pierwszych wymienionych zespołów powodować będą dodatkowe zmniejszenie

prędkości obrotowej i dodatkowy wzrost momentu obrotowego.

Rozwiązania takie stosuje się szczególnie dla pojazdów poruszających się w trudnym terenie, kiedy wy-

magana jest duża wartość siły napędowej i odpowiednio niewielkie wartości prędkości obrotowej kół.

Wartości przełożeń biegów?

Dość często używanym stwierdzeniem jest np. ten samochód ma dobrze dobraną skrzynię biegów,

albo: ten samochód ma właściwie dobrane przełożenia, lub ta skrzynia biegów pozwala optymalnie

wykorzystać możliwości silnika. Podobnych sformułowań może być więcej, często mówimy np. o spor-

towych albo ekonomicznych przełożeniach skrzyni biegów.

Co jednak oznaczają te wszystkie sformułowania dotyczące dobierania przełożeń ? Oznaczają w istocie

to samo: obliczenie wartości kolejnych przełożeń tak, aby współpracujący z daną przekładnią (skrzynią

biegów) silnik pracował w zakresie optymalnych parametrów oraz pozwalał na osiąganie przez pojazd

założonych parametrów trakcyjnych: prędkości, przyspieszenia, zużycia paliwa.

Moc

Silnik oferuje nam pewną maksymalną wartość momentu obrotowego i ze względu na określone warunki

przy- czepności jesteśmy w stanie określić maksymalną możliwą wartość momentu napędowego ( siły

napędowej ) przenoszonej przez koła.

Maksymalna siła napędowa, możliwa do uzyskania w warunkach dobrej przyczepności, wielokrotnie

przewyższa siłę napędową, jaką może wytworzyć sam silnik ( bez przekładni ).

Warunki te zmieniają się jednak, gdy siła przyczepności zmniejsza się ( nawierzchnia mokra, pokryta

śniegiem lub lodem ). Do tego, aby doprowadzić do “zerwania” przyczepności potrzebny jest wtedy

znacznie mniejszy moment napędowy. Niekiedy zdarza się, że przyczepność koła do nawierzchni jest

tak mała ( lód ), że próba ruszania z miejsca nawet przy najbardziej delikatnym operowaniem pedałem

gazu powoduje utratę przyczepności; sytuacja taka może powstać zarówno podczas ruszania na biegu

pierwszym, drugim, jaki i

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: