Aiheet:
- Yleistä
- Yksi- ja kaksinkertainen vähennys
- Vaihteisto pituus- tai poikittaissuunnassa
- Hampaat ja vaihteet
- Vaihteiston käyttö
- Synkronoiva laite
- Irrota vaihdelaatikko
- Jatkuva verkko
- Liukuva verkko
- Välityssuhteet
Yleistä:
Vaihteiston tarkoitus on mukauttaa moottorin kierrosluku ja siten myös käytettävissä oleva moottorin vääntö ja teho erilaisiin ajo-olosuhteisiin. Tämä voi tapahtua kiihdytettäessä tai hidastaessa, kuljetettaessa raskasta kuormaa, ajettaessa ylös ja alas rinteitä sekä ilmassa ja vierintävastuksessa tapahtuvia muutoksia ajon aikana. Vaihtaminen edullisemmalle vaihteelle näissä erilaisissa olosuhteissa johtaa useimmissa tapauksissa parempaan polttoaineenkulutukseen sekä enemmän vääntöä ja tehoa.
Pienellä vaihteella (esim. kakkosella) on enemmän moottorin vääntömomenttia käytettävissä kuin suuremmalla vaihteella (esim. neljäs). Tämä johtuu siitä, että moottorin kampiakseli tekee enemmän kierroksia toisella vaihteella ja kiihdytettäessä kiihdyttää paljon nopeammin kuin suuremmalla vaihteella. Siksi on viisaampaa olla ajamatta liian korkealla vaihteella ajettaessa raskaalla kuormalla, kuten asuntovaunussa. Ei tietenkään vuorilla.
Sijaitsee moottorin ja vaihteiston välissä kytkentä joka on varustettu kytkinlevyllä, paineryhmällä ja vapautuslaakerilla. Painamalla kytkinpoljinta painelevyä ohjataan kaapelin kautta. Hydraulisella kytkimellä nestettä siirretään sylinteristä toiseen kahden kytkinsylinterin avulla.
Alla on lohkokaavio siitä, kuinka ajo moottorista pyörille saavutetaan etu-, taka- ja nelivedolla. Lisätietoja tästä on sivulla ajomuotoja.
Yksi- ja kaksinkertainen vähennys:
Käsivaihteistot on jaettu kahteen ryhmään, nimittäin yksi- ja kaksoisalennusvaihteisiin. Vähentäminen on toinen sana lähetyksestä. Joten se tarkoittaa itse asiassa "yksi- ja kaksinkertaista" lähetystä. Mitä sillä tarkoitetaan, näkyy alla.
Yksittäinen vähennys
Tulo- ja lähtöakselin vaihteet on kytketty suoraan toisiinsa.
V: Syöttöakseli (vetoakseli, moottorista)
B: Lähtöakseli (pääakseli)
Kaksinkertainen vähennys
Ensimmäinen vaihde on kytketty; Ensimmäisen vaihteen käyttövoimat siirtyvät paikasta A paikkaan B ja C:stä D:hen.
Vaihteeseen A kohdistetaan voima tuloakselin kautta. Tämä vaihde on suorassa yhteydessä vaihteisiin B, D ja E. Koska ensimmäinen vaihde on kytkettynä, synkronointi on kytkenyt ulostuloakselin vaihteeseen D (katso siniset nuolet). Vaihteesta B käyttövoimat poistuvat vaihteistosta ulostuloakselin kautta. Toistoakseli käyttää tasauspyörästöä, joka voi sijaita vaihteistossa (etuvetoisissa autoissa) tai tasauspyörästö voidaan asentaa muuhun paikkaan, kuten takavetoiseen autoon. Tästä kerrotaan lisää myöhemmin tällä sivulla.
V: Syöttöakselin hammaspyörä (käyttöakseli, moottorista)
B, C & E: Toisioakselivaihteet
D & F: Lähtöakselin vaihteet (pääakseli)
Toinen vaihde on kytketty. Synkronointilaite on irrotettu vaihteesta D ja kytketty vaihteeseen F (katso siniset nuolet). Tällä hetkellä hammaspyörä D pyörii, mutta ei ole kytketty ulostuloakseliin. Vaihde F on, joten käyttövoimat siirtyvät nyt paikasta A paikkaan B ja paikasta E F.
Koska vaihteilla C ja E on erilaiset mitat, välityssuhteet ovat muuttuneet. Tämä tarkoittaa, että moottorin nopeus on laskenut kytkennän jälkeen samalla ajoneuvon nopeudella.
Vaihteisto pituus- tai poikittaissuunnassa:
Kuvassa on kaavio takavetoautosta. Moottorilohko on sijoitettu pituussuunnassa (pituussuunnassa) ja vaihteisto on varustettu kaksoisalennuslaitteella. Viimeinen vaihde (tasauspyörästö) sijaitsee taka-akselilla ja käyttää takapyöriä. Tämä on ajotyyppi, jota muun muassa BMW käyttää paljon.
Tämä kuva näyttää kaavion etupyörävetoisesta autosta. Moottorilohko on sijoitettu poikittain (leveyssuunnassa) ja vaihteisto on varustettu yhdellä alennusvaihteella.
Käyttövoimat tulevat sisäänmenoakselille (käyttöakselille) ja välittyvät lähtöakselille kytkettyjen hammaspyörien kautta. Tasauspyörästö on integroitu vaihteistokoteloon. Tällaista vetoa käytetään mm. Volkswagen Golfissa ja Ford Focusissa (ja tietysti monissa muissa merkeissä!)
Kuvassa on kaavio etuvetoautosta. Sekä moottorilohko että vaihteisto on sijoitettu pituussuunnassa. Moottorilohko sijaitsee etuakselin edessä ja vaihdelaatikko taka-akselin takana. Tasauspyörästö on asennettu käyttöakseleille. Tätä järjestelmää käytetään muun muassa vanhemmissa VW Passatissa, Skoda Superbissa ja Audi A4:ssä. Uudemmissa malleissa on nyt poikittaismoottorilohko (eli tilanne alla).
Vaihteet ja vaihteet:
Eri välityssuhteet voidaan saavuttaa eri vaihdekooilla. Kutsumme näitä välityssuhteita vaihteiksi. Esimerkiksi kun suurta vaihdetta käyttää pieni vaihde, pieni vaihde voi tehdä 3 kierrosta, kun taas iso vaihde pyörii vain kerran. Siirtosuhde on tällöin 1:1. Viive ja tehon lisäys ovat tällöin 3x niin suuret. Kun pienessä hammaspyörässä on 3 hammasta, suuressa hammaspyörässä on 20 hammasta.
Alla näet eri vaihteet, joita voidaan vaihtaa. Voit nähdä, että jokaisella vaihteella yläakselin (ensisijaisen akselin) oikea vaihde pienenee ja pienenee vaihteilla 2 ja 3. Toisioakselin oikealla puolella oleva hammaspyörä kasvaa. Tämä kasvattaa jatkuvasti välityssuhdetta, mikä on toiselle vaihteelle vaihtamisen perimmäinen tavoite.
Ensimmäinen vaihde:
Käyttövoima tulee nuolen kohdalta vasemmalla olevaan vetoakseliin. Käyttövoima välittyy suoraan toisioakselin vaihteeseen. Toissijainen akseli on alaakseli. Toisioakselin pienin hammaspyörä on kytketty lähtöakselin toiseksi viimeiseen vaihteeseen. Ulostuloakseli pyörii paljon hitaammin kuin tuloakseli hammaspyörien mittojen vuoksi. Tämä on aiheuttanut suurimman viivästyksen. Ensimmäisellä vaihteella on suurin hidastuvuus, joten voit kiihdyttää pysähdyksistä suurella vääntömomentin kasvulla.
Toinen vaihde:
Vasemmanpuoleiset vaihteet pysyvät kytkettyinä. Käyttövoima kulkee toisioakselin kolmannen vaihteen kautta ulostuloakselin kolmannelle vaihteelle. Lähtöakseli pyörii silti hitaammin kuin tuloakseli. Viivettä on siis edelleen. Hidastuvuus on nyt pienempi kuin ensimmäisellä vaihteella, joten samalla moottorin nopeudella voidaan saavuttaa suurempi ajoneuvon nopeus kuin ensimmäisellä vaihteella.
Kolmas vaihde:
Käyttövoima kulkee toisioakselin toisen vaihteen ja ulostuloakselin toisen vaihteen kautta. Lähtöakseli pyörii silti hitaammin kuin tuloakseli. Hidastuvuus on nyt taas pienempi kuin toisella vaihteella, joten nyt voidaan saavuttaa suurempi ajoneuvon nopeus samalla moottorin nopeudella kuin toisella vaihteella.
Neljäs vaihde:
Tätä kutsutaan suoraksi hinnaksi. Käyttövoima siirtyy tuloakselilta suoraan ulostuloakselille. Moottorin vääntömomentti välittyy siten 1:1 pyörille. Itse asiassa vaihteisto ei toimi tällä hetkellä.
Viisivaihteisessa vaihteistossa neljäs vaihde on aina suoraveto. 6-vaihteisessa vaihteistossa viides vaihde on kuitenkin suoraveto.
Viides vaihde:
Viidennellä vaihteella kaksi takaratasta on yhdistetty toisiinsa. Toisioakselin suurin hammaspyörä on kytketty ulostuloakselin pienimpään vaihteeseen. Tätä kutsutaan "ylikierrokseksi". Lähtöakseli pyörii nyt nopeammin kuin tuloakseli.
Vaihteet 1, 2 ja 3 ovat hidastuksia; tuloakseli pyörii nopeammin kuin lähtöakseli. Neljännellä vaihteella tuloakseli pyörii yhtä nopeasti kuin lähtöakseli (prise-direct). Tämä 5. vaihde on siis todellinen kiihtyvyys, koska tässä vaihteessa ulostuloakseli on ainoa kaikista vaihteista, joka pyörii nopeammin kuin tuloakseli. Maantiellä ajettaessa moottorin nopeus laskee. Kun joudut kiihdyttämään, sinun on usein vaihdettava takaisin pienemmälle vaihteelle.
Taaksepäin:
Valittaessa peruutus, ylimääräinen vaihde sijoitetaan toisio- ja ulostuloakselin vaihteiden väliin. Normaalisti, kun alavaihde kääntyy vastapäivään, sitä vasten asennettu ylävaihde kääntyy myötäpäivään. Jos asetat toisen vaihteen oikealle kääntyvän vaihteen viereen, se kääntyy jälleen vastapäivään. Tämä tehdään itse asiassa myös vaihteistossa. Tuloakseli yksinkertaisesti pyörii normaalisti, ja ylimääräinen vaihde saa ulostuloakselin pyörimään vastakkaiseen suuntaan.
Päätelmä:
Yllä selitettiin, että erikokoisia vaihteita kytkemällä syntyy erilainen välityssuhde (eli kiihtyvyys) ja kuinka voimansiirto sitten kulkee. Alla on selitys siitä, kuinka vaihteiden kytkeminen päälle ja pois päältä toimii, kun vipua käytetään.
Vaihteiston toiminta:
Kun vaihdevipua siirretään sisällä, vaihteistoon menevät vaijerit tai tangot (riippuen vaihteiston/mekanismin tyypistä) siirtyvät.
Alla olevasta kuvasta näet, että balladeura-varsi voi liikkua edestakaisin. Tämä tila on merkitty vaaleanpunaisella. Baladeur-akseli ohjaa vaihdehaarukkaa. Vaihdehaarukka painaa tahdistusrengasta ketjupyörää vasten vaihderenkaan avulla. Kun vaihdetaan seuraavalle vaihteelle, balladeur-akseli siirtyy taaksepäin ja asettaa vaihdehaarukan vapaa-asentoon. Vaihteita vaihtamalla samaa vaihdehaarukkaa liikutetaan vastakkaiseen suuntaan balladeur-akselilla toisen vaihteen kytkemiseksi (esim. kolmannesta vaihteesta neljänteen vaihteeseen) tai toista balladeur-akselia käytetään liikuttamaan muita vaihdehaarukoita.
Vaihteistossa on useita balladeur-akseleita. Jokainen balladeur-akseli voi kytkeä päälle tai pois kaksi vaihdetta. Eri balladeur-akseleiden käyttö tapahtuu siirtämällä vaihdevipua vasemmalle ja oikealle. Alla olevassa kuvassa näkyy vaihteiden H-kuvio.
Kun kuljettaja haluaa kytkeä ensimmäisen vaihteen, hän siirtää ensin vaihdevipua keskeltä (N tarkoittaa "vapaa") vasemmalle. Vaihteen akseli kytkeytyy ensimmäisen ja toisen vaihteen balladeur-akselin hampaisiin.
Siirtämällä vipua ylöspäin (ensimmäiselle vaihteelle), balladeur-akselia siirretään taaksepäin (kuvassa oikeaan yläkulmaan). Vaihdehaarukka yhdistää ensimmäisen hammaspyörän akseliin.
Toiselle vaihteelle vaihtamiseksi vipu on siirrettävä alas (vapaalle). Vaihdehaarukka katkaisee akselin ja vaihteen välisen yhteyden. Siirtämällä vipua alemmas, sama vaihdehaarukka yhdistää toisen vaihteen akseliin; toinen vaihde on nyt kytkettynä. Tämä balladeura-akseli siirtää siten vaihdehaarukan ensimmäisen ja toisen vaihteen välillä.
Kolmannelle vaihteelle siirtymistä varten toinen vaihteen hammaspyörä on ensin irrotettava akselista. Tätä varten vipua on ensin siirrettävä jälleen ylöspäin (vapaa-asentoon). Sen jälkeen vipu on siirrettävä H-kuvion keskelle. Siirtämällä vipua vasemmalta keskelle, kolmannen ja neljännen vaihteen balladeura-akseli kytkeytyy päälle. Vipua eteenpäin ja taaksepäin työntäminen saa kolmannen ja neljännen vaihteen haarukat siirtymään eteen- tai taaksepäin näiden vaihteiden kytkemiseksi päälle.
Kun vaihdetaan viidennelle vaihteelle, vipu työnnetään kokonaan oikealle. Viidennen vaihteen ja peruutuksen balladeura-akseli on kytketty. Viidennen vaihteen valitsemiseksi balladeur-akselia työnnetään eteenpäin, jotta vaihdehaarukka voi yhdistää ketjupyörän akseliin.
Kuvassa on kytkinmekanismi. Tätä kaapelikäyttöistä mekanismia käytetään autossa, jossa on poikittaismoottorilohko. Koska vipuja 1 ja 2 liikutetaan vaijerien työntö- tai vetoliikkeellä, vaihdehaarukat siirretään ns. vaihtotornin läpi.
Synkronointilaite:
Jos synkronointilaitetta ei käytetä, vaihteet eivät kosketa tai narisevat nopeuseron vuoksi. Synkromirenkaita käytetään varmistamaan vaihteiden tasainen kytkeminen. Synkronointirenkaat varmistavat, että akselin ja vaihteen nopeudet ovat samat päälle kytkettäessä. Kaikki vaihteet (1-5 tai 6) ovat synkronoituja, usein peruutusvaihdetta lukuun ottamatta. Huomaat myös tämän, koska vaihde narisee joskus, kun kytket peruutusvaihteen. Joskus peruutusvaihteet synkronoidaan.
Kytkemättömien vaihteiden vaihteet pyörivät vapaasti ulostuloakselin ympäri. Vaihteen kytkeminen tarkoittaa siis vapaasti pyörivän hammaspyörän kytkemistä lähtöakseliin. Kun vaihde on kytkettynä, ulostuloakselin nopeuden on vastattava kytkettävän vaihteen nopeutta. Tahdistusrengas on kytketty lähtöakseliin kiilaurien avulla ja pyörii siten samalla nopeudella kuin tämä ulostuloakseli. Kytkettävällä vaihteella on eri nopeus kuin lähtöakselilla, siis myös eri nopeus kuin synkroesilla. Koska vaihdehaarukka liikkuu, se vie synkronoinnin mukanaan ja tahdistusrenkaan kartiomainen osa puristuu vaihteen sisäistä kartiomaista pintaa vasten. Molempien osien kartiomaiset osat puristetaan toisiaan vasten, mikä tasoittaa kartiomaisten pintojen välisen kitkan. Kun vaihteiden välillä ei ole enää nopeuseroa, vaihdeholkki voidaan työntää läpi niin, että hampaat liukuvat toisiinsa ja vaihde kytkeytyy siten narisematta. Synkronointilaite ei toimi vain vaihteita kytkettäessä, vaan myös vaihdettaessa ja alaspäin vaihtaessa.
On erittäin huonoa, että synkronointirenkaat vaihtuvat hyvin nopeasti, joten vipua painetaan voimakkaasti vaihteeseen. Synkronointilaitteella ei silloin ole aikaa synkronoida. Siksi on parasta painaa vipua kevyesti vastusta vasten vaihtamisen aikana ja painaa vain, kunnes se vaihtaa melkein automaattisesti vaihteelle.
Synkromirengas on kuluva osa. Vaihdon aikana esiintyy kitkaa, joten osa kuluu ajan myötä. Normaalikäytössä tahdistusrengas voi kestää auton käyttöiän, mutta väärässä käytössä tai urheilullisessa vaihtamisessa tahdistusrenkaat kuluvat ennenaikaisesti. Synkronointirenkaan ja vaihteen välinen etäisyys (3) pienenee alla olevassa kuvassa. Tämä johtuu siitä, että synkronointirengas kuluu käyttöliittymässä, jossa se koskettaa hammaspyörää. Tämä osa on osoitettu etäisyydellä 1.
Kun vaihteisto on purettu, synkronointirenkaiden kuluminen voidaan tarkistaa. Tahdistusrenkaan ja ketjupyörän välinen etäisyys voidaan mitata rakotulkilla. Vaihdetta ei saa kytkeä päälle. Kun synkronointirengas kuluu, synkronointirenkaan ja vaihteen välinen etäisyys pienenee.
Auton tai vaihteiston valmistaja kertoo korjaamodokumentaatiossa, mikä on tahdistusrenkaan kulumisraja. Jos mitattu arvo on pienempi kuin korjaamon asiakirjoissa ilmoitettu enimmäiskulumisarvo, se on vaihdettava.
Vaihteiston purkaminen:
Tässä osiossa kerrotaan, kuinka vaihdelaatikko voidaan purkaa. Tämä voi antaa hyvän kuvan siitä, miltä vaihteiston sisäpuoli todellisuudessa näyttää ja kuinka vaihteiston osat voidaan vaihtaa. Tämä koskee takavetoisen auton vaihdelaatikkoa, jossa moottori on sijoitettu pituussuunnassa.
Useita pultteja voidaan irrottaa esitetyn vaihteiston takaa. Takaosan voi sitten liu'uttaa pois. Luonnollisesti vaihteistoöljy on ensin tyhjennettävä ennen osien purkamista.
Sisustus akselien ja vaihteiden kanssa on kiinnitetty takaosaan. Koko sisustus tulee ulos vaihteistokotelosta purkamisen yhteydessä.
Toisioakselin laakeri näkyy sisäpuolella (reiän oikealla puolella, jonka läpi ensiöakseli kulkee asennettuna).
Vetoakselin reiän vasemmalla puolella näkyy viisi reikää. Nämä viisi reikää sisältävät balladeur-akselien neljä päätä.
Kuvassa vetoakseli, vaihteet ja balladeur-akselit vaihdehaarukoineen. Vaihdettaessa vastaava balladeur-akseli pyörii ja liikkuu niin, että vaihdehaarukka käyttää vaihteen synkronointirengasta vaihteen kytkemiseksi.
Kun kiristetut tapit tai ruuvit, jotka yhdistävät vaihdehaarukat balladeur-akseleihin, on irrotettu, balladeur-akselit voidaan liu'uttaa ulos. Tämä saa vaihdehaarukat löystymään. Vaihdehaarukat voidaan liu'uttaa pois akseleilta.
Alla oleva kuva näyttää, miltä vaihteet näyttävät. Jos vaihteet tai synkromirenkaat on vaihdettava, akselit on irrotettava vaihteistokotelon toiselta puolelta. Hammaspyörät ja synkronointi on puristettava irti akseleista. Uudet osat on sitten painettava takaisin akseliin.
Sen tarkistamiseksi, ovatko tahdistusrenkaat edelleen kunnossa, on mitattava hammaspyörän ja tahdistusrenkaan välinen etäisyys. Jos etäisyys on suurempi kuin valmistajan ilmoittama enimmäisarvo, synkronointirengas on kulunut. Synkronointirengas on vaihdettava. Kuinka mittaus tulisi suorittaa, on kuvattu tämän sivun synkronointilaite-osiossa.
Vakioverkko:
Constant Mesh -vaihteistossa vaihteet ovat "jatkuvasti" sidoksissa toisiinsa. Hammaspyörät on asennettu ulostuloakselille ja ne on kytketty toisiinsa vaihteistoholkilla ja koiran kytkimillä. Yllä oleva selitys käsittelee aina Constant Mesh -vaihteistoa.
Alla olevassa kuvassa oikea vaihdeholkki siirtyy oikealle ensimmäisen vaihteen kytkemiseksi ja vasemmalle toisen vaihteen kytkemiseksi.
Liukuva verkko:
Nämä ovat englanninkielisiä sanoja 'sliding' ja 'interlocking'. Tämän tyyppisessä vaihteistossa vaihteet vaihdetaan tietyn vaihteen valitsemiseksi. Tätä käytetään edelleen peruutusvaihteissa, mutta ei koskaan enää nykyaikaisissa vaihteistoissa, joten emme mene siihen liian pitkälle. Hampaat ovat suorat ja päissä viiste. Tämän tyyppisessä vaihteistossa kuulet aina narinaa vaihtaessasi, koska se ei tietenkään ole synkronoitu.
Välityssuhteet:
Vaihteiston välityssuhteet on laskettava ja rakennettava tarkasti. Alla olevassa kuvassa näkyy ajoneuvon nopeus X-akselilla ja pyöriin kohdistuva voima Y-akselilla. Voidaan nähdä, että 1. vaihteella on paljon voimaa pyörissä, mutta se pysähtyy alhaisella ajoneuvon nopeudella. Jokaisella vaihteella sen jälkeen on vähemmän voimaa pyörissä ja suurempi nopeusalue.
Napsauta tätä siirtyäksesi välityssuhteet-sivulle, jossa kaikki välityssuhteet lasketaan geometrisen sarjan ja korjatun geometrisen sarjan (Janten sarja) kautta K-kertoimella.
Kullekin vaihteistolle voidaan sitten laskea myös ajoneuvon enimmäisnopeus.
