Przedmioty:
- Informacje ogólne
- Redukcja pojedyncza i podwójna
- Przekładnia w kierunku wzdłużnym lub poprzecznym
- Zęby i przekładnie
- Obsługa skrzyni biegów
- Synchronizowanie urządzenia
- Rozebrać skrzynię biegów
- Stała siatka
- Przesuwna siatka
- Przełożenia
Informacje ogólne:
Zadaniem skrzyni biegów jest dostosowanie prędkości obrotowej silnika, a co za tym idzie dostępnego momentu obrotowego i mocy silnika, do różnych warunków jazdy. Może się tak zdarzyć podczas przyspieszania lub zwalniania, transportu ciężkiego ładunku, jazdy pod górę i w dół pochyłości oraz zmian oporu powietrza i toczenia, które mogą wystąpić podczas jazdy. Zmiana biegu na korzystniejszy w tych różnych okolicznościach w większości przypadków doprowadzi do mniejszego zużycia paliwa oraz większego momentu obrotowego i mocy.
Na niskim biegu (np. drugim) dostępny jest większy moment obrotowy silnika niż na wyższym biegu (np. czwartym). Dzieje się tak dlatego, że wał korbowy silnika wykonuje więcej obrotów na drugim biegu i osiąga znacznie większe obroty podczas przyspieszania niż na wyższym biegu. Dlatego rozsądniej jest nie jeździć na zbyt wysokim biegu podczas jazdy z dużym ładunkiem, np. przyczepą kempingową. Na pewno nie w górach.
Znajduje się pomiędzy silnikiem a skrzynią biegów link który jest wyposażony w tarczę sprzęgła, grupę dociskową i łożysko oporowe. Naciśnięcie pedału sprzęgła powoduje sterowanie dociskiem za pomocą linki. W przypadku sprzęgła hydraulicznego płyn jest przenoszony z jednego cylindra na drugi za pomocą dwóch cylindrów sprzęgła.
Poniżej znajduje się schemat blokowy przedstawiający sposób realizacji napędu z silnika na koła przy napędzie na przednie, tylne koła i na cztery koła. Więcej informacji na ten temat znajdziesz na stronie formy napędowe.
Redukcja pojedyncza i podwójna:
Ręczne skrzynie biegów dzielą się na dwie grupy, a mianowicie pojedynczą i podwójną redukcję. Redukcja to inne określenie transmisji. Oznacza to właściwie transmisję „pojedynczą i podwójną”. Co to oznacza, pokazano poniżej.
Pojedyncza redukcja
Koła zębate wałów wejściowego i wyjściowego są ze sobą bezpośrednio połączone.
A: Wał wejściowy (wał napędowy, od silnika)
B: Wał wyjściowy (wał główny)
Podwójna redukcja
Włączony jest pierwszy bieg; siły napędowe na pierwszym biegu przechodzą z A do B i z C do D.
Na przekładnię A działa siła poprzez wał wejściowy. Bieg ten jest bezpośrednio połączony z biegami B, D i E. Ponieważ włączony jest pierwszy bieg, synchronizator sprzęgł wał wyjściowy z biegiem D (patrz niebieskie strzałki). Z biegu B siły napędowe opuszczają skrzynię biegów przez wał wyjściowy. Wał wyjściowy napędza mechanizm różnicowy, który może być umieszczony w skrzyni biegów (w samochodach z napędem na przednie koła) lub mechanizm różnicowy może być zamontowany w innym miejscu, np. w samochodzie z napędem na tylne koła. Więcej na ten temat wyjaśniono w dalszej części tej strony.
A: Koło zębate wału wejściowego (wał napędowy, z silnika)
B, C i E: Koła zębate wału wtórnego
D i F: Koła zębate wału wyjściowego (wał główny)
Włączony jest drugi bieg. Urządzenie synchronizujące jest odłączone od biegu D i połączone z biegiem F (patrz niebieskie strzałki). W tym momencie koło zębate D obraca się, ale nie jest sprzężone z wałem wyjściowym. Bieg F jest, więc siły napędowe przechodzą teraz z A do B i z E do F.
Ponieważ koła zębate C i E mają różne wymiary, przełożenia uległy zmianie. Oznacza to, że prędkość obrotowa silnika spadła po sprzęgnięciu przy tej samej prędkości pojazdu.
Przekładnia w kierunku wzdłużnym lub poprzecznym:
Rysunek pokazuje schemat samochodu z napędem na tylne koła. Blok silnika jest umieszczony wzdłużnie, a skrzynia biegów wyposażona jest w podwójną redukcję. Końcowy bieg (mechanizm różnicowy) znajduje się na tylnej osi i napędza tylne koła. Jest to rodzaj napędu, z którego często korzysta m.in. BMW.
Ten obrazek przedstawia schemat samochodu z napędem na przednie koła. Blok silnika jest umieszczony poprzecznie (wszerz), a skrzynia biegów jest wyposażona w pojedynczą redukcję.
Siły napędowe wchodzą na wał wejściowy (wał napędowy) i poprzez załączone koła zębate przenoszone są na wał wyjściowy. Mechanizm różnicowy jest zintegrowany z obudową skrzyni biegów. Napęd tego typu stosowany jest m.in. w Volkswagenie Golfie i Fordzie Focusie (i oczywiście wielu innych markach!)
Rysunek przedstawia schemat samochodu z napędem na przednie koła. Zarówno blok silnika, jak i skrzynia biegów są umieszczone wzdłużnie. Blok silnika znajduje się przed przednią osią, a skrzynia biegów za tylną osią. Mechanizm różnicowy jest zamontowany na wałach napędowych. System ten stosowany jest m.in. w starszych modelach VW Passat, Skoda Superb i Audi A4. Nowsze modele mają teraz poprzeczny blok silnika (czyli sytuacja poniżej).
Przekładnie i przekładnie:
Przy różnych rozmiarach przekładni można uzyskać różne przełożenia. Nazywamy te przełożenia skrzynią biegów. Na przykład, gdy duże koło zębate jest napędzane przez małe koło zębate, małe koło zębate może wykonać 3 obroty, podczas gdy duże koło zębate wykonuje tylko jeden obrót. Przełożenie wynosi wówczas 1:1. Opóźnienie i wzrost mocy są wtedy 3 razy większe. Kiedy małe koło zębate ma 3 zębów, duże koło zębate będzie miało 20 zębów.
Poniżej możesz zobaczyć różne biegi, które można zmieniać. Widać, że z każdym biegiem prawe koło zębate górnego wału (wału głównego) staje się coraz mniejsze na biegach 2 i 3. Koło zębate po prawej stronie wału wtórnego staje się coraz większe. Powoduje to ciągłe zwiększanie przełożenia skrzyni biegów, co jest ostatecznym celem zmiany biegu.
Pierwszy bieg:
Siła napędowa wchodzi na wał napędowy po lewej stronie, zgodnie ze strzałką. Siła napędowa przekazywana jest bezpośrednio na koło zębate wału wtórnego. Oś pomocnicza jest osią dolną. Najmniejsza przekładnia na wale wtórnym jest połączona z przedostatnim kołem na wale wyjściowym. Wał wyjściowy obraca się znacznie wolniej niż wał wejściowy ze względu na wymiary kół zębatych. To spowodowało największe opóźnienie. Pierwszy bieg ma największe hamowanie, dzięki czemu można przyspieszać od zatrzymania przy dużym wzroście momentu obrotowego.
Drugi bieg:
Biegi po lewej stronie pozostają włączone. Siła napędowa przechodzi przez trzeci bieg wału wtórnego na trzeci bieg wału wyjściowego. Wał wyjściowy nadal obraca się wolniej niż wał wejściowy. Zatem nadal występuje opóźnienie. Opóźnienie jest teraz mniejsze niż w przypadku pierwszego biegu, więc przy tej samej prędkości obrotowej silnika można osiągnąć wyższą prędkość pojazdu niż w przypadku pierwszego biegu.
Trzeci bieg:
Siła napędowa przechodzi przez drugie koło zębate wału wtórnego i drugie koło zębate wału wyjściowego. Wał wyjściowy nadal obraca się wolniej niż wał wejściowy. Opóźnienie jest teraz ponownie mniejsze niż w przypadku drugiego biegu, dzięki czemu można teraz osiągnąć wyższą prędkość pojazdu przy tej samej prędkości obrotowej silnika, co na drugim biegu.
Czwarty bieg:
Nazywa się to bezpośrednią ceną. Siła napędowa przechodzi z wału wejściowego bezpośrednio na wał wyjściowy. W ten sposób moment obrotowy silnika jest przenoszony w stosunku 1 do 1 na koła. Faktycznie skrzynia biegów w tej chwili nie działa.
W przypadku pięciobiegowej skrzyni biegów czwarty bieg ma zawsze napęd bezpośredni. Jednak w przypadku 6-biegowej skrzyni biegów piąty bieg ma napęd bezpośredni.
Piąty bieg:
Na piątym biegu obie tylne zębatki są ze sobą połączone. Największa przekładnia na wale wtórnym jest połączona z najmniejszą przekładnią na wale wyjściowym. Nazywa się to „nadbiegiem”. Wał wyjściowy obraca się teraz szybciej niż wał wejściowy.
Biegi 1, 2 i 3 to zwalnianie; wał wejściowy obraca się szybciej niż wał wyjściowy. Na czwartym biegu wał wejściowy obraca się z taką samą prędkością jak wał wyjściowy (bezpośrednio). Ten 5 bieg jest zatem prawdziwym przyspieszeniem, gdyż na tym biegu wał wyjściowy jako jedyny ze wszystkich biegów obraca się szybciej niż wał wejściowy. Podczas jazdy po autostradzie prędkość obrotowa silnika spadnie. Kiedy trzeba przyspieszyć, często trzeba przełączyć się z powrotem na niższy bieg.
Zestaw:
Po wybraniu biegu wstecznego pomiędzy zębatkami wału wtórnego i wyjściowego umieszcza się dodatkowy bieg. Zwykle, gdy dolne koło zębate obraca się w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara, górne koło zębate zamontowane na nim będzie obracać się w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek zegara. Jeśli umieścisz inny bieg obok biegu skręcającego w prawo, ponownie obróci się on w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara. Dzieje się tak również w skrzyni biegów. Wał wejściowy po prostu napędza się w normalny sposób, a dodatkowe koło zębate powoduje, że wał wyjściowy obraca się w przeciwnym kierunku.
Wniosek:
Powyżej wyjaśniono, że poprzez sprzęganie kół zębatych o różnych rozmiarach powstaje inne przełożenie (tj. przyspieszenie) i sposób późniejszej pracy układu napędowego. Poniżej znajduje się wyjaśnienie działania włączania i wyłączania biegów, gdy używana jest dźwignia.
Działanie skrzyni biegów:
Kiedy dźwignia zmiany biegów zostanie przesunięta we wnętrzu, przesuwają się linki lub drążki (w zależności od rodzaju skrzyni biegów/mechanizmu), które prowadzą do skrzyni biegów.
Na poniższym obrazku widać, że trzonek balladeury może poruszać się do przodu i do tyłu. To miejsce jest zaznaczone na różowo. Oś balladeur steruje widełkami zmiany biegów. Widełki zmiany biegów dociskają pierścień synchronizatora do zębatki za pomocą pierścienia zmiany biegów. Podczas przełączania na następny bieg wałek balladeura cofa się, ustawiając widełki zmiany biegów w położeniu neutralnym. Podczas zmiany biegów ten sam widelec zmiany biegów jest przesuwany w przeciwnym kierunku przez wał balladowy w celu włączenia drugiego biegu (np. z trzeciego na czwarty bieg) lub inny wał balladowy jest używany do poruszania pozostałych widełek zmiany biegów.
W skrzyni biegów znajduje się kilka wałów balladowych. Każda oś balladeur może włączać i wyłączać dwa biegi. Obsługa poszczególnych osi balladowych odbywa się poprzez przesuwanie dźwigni zmiany biegów w lewo i w prawo. Poniższy obrazek przedstawia wzór H kół zębatych.
Gdy kierowca chce włączyć pierwszy bieg, najpierw przesunie dźwignię zmiany biegów ze środka (N oznacza „neutralny”) w lewo. Wałek zmiany biegów zazębi się z zębami wału balladowego pierwszego i drugiego biegu.
Przesuwając dźwignię w górę (do pierwszego biegu), oś balladeura zostaje przesunięta do tyłu (w prawym górnym rogu na obrazku). Widełki zmiany biegów łączą koło zębate pierwszego biegu z osią.
Aby włączyć drugi bieg, należy przesunąć dźwignię w dół (do położenia neutralnego). Widełki zmiany biegów przerywają połączenie między osią a przerzutką. Przesuwając dźwignię dalej w dół, ten sam widelec zmiany biegów połączy drugi bieg z osią; drugi bieg jest teraz włączony. Dlatego oś balladeura przesuwa widełki zmiany biegów między pierwszym a drugim biegiem.
Aby włączyć trzeci bieg, należy najpierw odłączyć zębatkę drugiego biegu od osi. W tym celu należy najpierw ponownie przesunąć dźwignię do góry (do pozycji neutralnej). Następnie dźwignię należy przesunąć na środek wzoru H. Przesuwając dźwignię z lewej strony do środka, włączana jest oś balladeura trzeciego i czwartego biegu. Naciśnięcie dźwigni do przodu i do tyłu spowoduje przesunięcie widełek zmiany biegów trzeciego i czwartego biegu do przodu lub do tyłu w celu włączenia tych biegów.
Podczas zmiany biegu na piąty dźwignię należy przesunąć maksymalnie w prawo. Oś balladeura piątego biegu i biegu wstecznego jest połączona. Aby wybrać piąty bieg, oś balladeur jest przesuwana do przodu, aby umożliwić widełkom zmiany biegów połączenie zębatki z osią.
Zdjęcie przedstawia mechanizm przełączający. Ten mechanizm uruchamiany linką stosowany jest w samochodzie z poprzecznym blokiem silnika. Ponieważ dźwignie 1 i 2 poruszane są poprzez pchanie lub ciągnięcie linek, widły zmiany biegów przemieszczane są przez tak zwaną wieżę zmiany biegów.
Synchronizacja urządzenia:
Jeśli nie zostanie użyte żadne urządzenie synchronizujące, koła zębate nie będą się zazębiać lub będą skrzypieć z powodu różnicy prędkości. Pierścienie synchroniczne służą do zapewnienia płynnego sprzężenia kół zębatych. Pierścienie synchronizatora zapewniają, że prędkości obrotowe wału i przekładni są takie same po włączeniu. Wszystkie biegi (od 1 do 5 lub 6) są zsynchronizowane, często z wyjątkiem biegu wstecznego. Można to również zauważyć, ponieważ bieg czasami skrzypi po włączeniu biegu wstecznego. Czasami biegi wsteczne są synchronizowane.
Koła zębate niezałączonych kół obracają się swobodnie wokół wału wyjściowego. Włączenie przekładni oznacza zatem połączenie swobodnie obracającej się przekładni z wałem wyjściowym. Gdy włączony jest bieg, prędkość wału wyjściowego musi odpowiadać prędkości włączanego biegu. Pierścień synchronizujący jest połączony z wałem wyjściowym za pomocą wpustów i dlatego obraca się z tą samą prędkością, co wał wyjściowy. Bieg, który należy włączyć, ma inną prędkość niż wał wyjściowy, a więc także inną prędkość niż synchronizator. Ponieważ widełki zmiany biegów poruszają się, zabiera ze sobą synchronizator, a stożkowa część pierścienia synchronizatora będzie dociskana do wewnętrznej stożkowej powierzchni przekładni. Stożkowe części obu części są dociskane do siebie, wyrównując tarcie pomiędzy powierzchniami stożkowymi. Gdy nie ma już różnicy w prędkościach pomiędzy obydwoma biegami, tuleję zmiany biegów można przesunąć tak, aby zęby wsunęły się w siebie, a zatem bieg został włączony bez skrzypienia. Urządzenie synchronizujące działa nie tylko podczas włączania biegów, ale także podczas zmiany biegów i redukcji biegu.
Bardzo źle jest, gdy pierścienie synchronizujące przełączają się bardzo szybko, dlatego należy bardzo mocno wciskać dźwignię w bieg. Synchronizator nie będzie miał wówczas czasu na synchronizację. Dlatego podczas zmiany biegów najlepiej dociskać dźwignię delikatnie, wbrew oporowi, i naciskać tylko do momentu, aż dźwignia zostanie niemal automatycznie włączona.
Pierścień synchronizujący jest częścią zużywalną. Podczas zmiany biegów występuje tarcie, więc część z czasem ulegnie zużyciu. Przy normalnym użytkowaniu pierścień synchronizujący może wystarczyć na cały okres eksploatacji samochodu, ale w przypadku niewłaściwego użytkowania lub sportowej zmiany biegów pierścienie synchronizujące ulegną przedwczesnemu zużyciu. Odległość (3) pomiędzy pierścieniem synchronizatora a kołem zębatym na obrazku poniżej zmniejszy się. Dzieje się tak, ponieważ pierścień synchronizujący zużywa się na styku z kołem łańcuchowym. Ta część jest oznaczona odległością 1.
Po rozebraniu skrzyni biegów można sprawdzić zużycie pierścieni synchronizujących. Odległość między pierścieniem synchronizującym a kołem zębatym można zmierzyć szczelinomierzem. Nie należy włączać biegu. W przypadku zużycia pierścienia synchronizującego odległość pomiędzy pierścieniem synchronizującym a kołem zębatym zmniejsza się.
Producent samochodu lub skrzyni biegów opisuje w dokumentacji warsztatowej, jaka jest granica zużycia pierścienia synchronizującego. Jeśli zmierzona wartość jest mniejsza niż maksymalna wartość zużycia podana w dokumentacji warsztatowej, należy ją wymienić.
Demontaż skrzyni biegów:
W tej części opisano sposób demontażu skrzyni biegów. Może to zapewnić dobry obraz tego, jak faktycznie wygląda wnętrze skrzyni biegów i jak można wymienić części w skrzyni biegów. Dotyczy to skrzyni biegów samochodu z napędem na tylne koła, w którym silnik jest umieszczony wzdłużnie.
Z pokazanej na ilustracji tylnej części skrzyni biegów można wykręcić kilka śrub. Następnie można zdjąć tył. Oczywiście przed demontażem jakichkolwiek części należy spuścić olej ze skrzyni biegów.
Wnętrze z osiami i zębatkami przymocowane jest do tyłu. Przy demontażu całe wnętrze wychodzi z obudowy skrzyni biegów.
Łożysko wału wtórnego widać od wewnątrz (po prawej stronie otworu, przez który przechodzi wał główny po zamontowaniu).
Po lewej stronie otworu wału napędowego widać pięć otworów. W tych pięciu otworach znajdują się cztery końce osi balladeurów.
Zdjęcie przedstawia wał napędowy, koła zębate i wały balladeurowe z widełkami zmiany biegów. Podczas zmiany biegów odpowiedni wał balladowy obraca się i porusza, tak że widełki zmiany biegów uruchamiają pierścień synchronizujący skrzynię biegów w celu włączenia biegu.
Po usunięciu zaciśniętych sworzni lub śrub łączących widełki zmiany biegów z osiami balladeur, można wysunąć osie balladeur. Powoduje to poluzowanie się widełek zmiany biegów. Widełki zmiany biegów można zsunąć z osi.
Zdjęcie poniżej pokazuje jak wyglądają zębatki. Jeżeli konieczna jest wymiana kół zębatych lub pierścieni synchronizujących, należy zdemontować wały z drugiej strony obudowy skrzyni biegów. Koła zębate i synchronizator należy wcisnąć z wałów. Następnie nowe części należy ponownie wcisnąć na oś.
Aby sprawdzić, czy pierścienie synchronizujące są nadal w porządku, należy zmierzyć odległość między kołem zębatym a pierścieniem synchronizującym. Jeśli odległość jest większa niż maksymalna wartość podana przez producenta, oznacza to zużycie pierścienia synchronizującego. Pierścień synchronizatora będzie do wymiany. Sposób wykonania pomiaru opisano w części „urządzenie synchronizujące” na tej stronie.
Stała siatka:
W przypadku skrzyni biegów Constant Mesh koła zębate są „stale” zazębione ze sobą. Koła zębate osadzone są na wale wyjściowym i są połączone ze sobą za pomocą tulei przesuwnych i sprzęgieł kłowych. Powyższe wyjaśnienie zawsze omawia skrzynię biegów Constant Mesh.
Na poniższym obrazku prawa tuleja zmiany biegów przesuwa się w prawo, aby włączyć pierwszy bieg, i w lewo, aby włączyć drugi bieg.
Przesuwana siatka:
Są to angielskie słowa oznaczające „przesuwanie” i „blokowanie”. W tego typu skrzyni biegów następuje zmiana biegów w celu wybrania określonego biegu. Jest to nadal stosowane w biegach wstecznych, ale nigdy już w nowoczesnych skrzyniach biegów, więc nie będziemy się w to zagłębiać. Zęby są proste ze skosami na końcach. W przypadku tego typu skrzyni biegów zawsze będzie słychać skrzypienie podczas zmiany biegów, ponieważ oczywiście nie jest ona zsynchronizowana.
Przełożenia:
Przełożenia w skrzyni biegów muszą być dokładnie obliczone i skonstruowane. Poniższy obrazek przedstawia prędkość pojazdu na osi X i siłę na kołach na osi Y. Można zauważyć, że na pierwszym biegu występuje duża siła na kołach, ale zatrzymuje się przy niskiej prędkości pojazdu. Każdy kolejny bieg powoduje mniejszą siłę na kołach i większy zakres prędkości.
Kliknij tutaj, aby przejść do strony Przełożenia skrzyni biegów, gdzie wszystkie przełożenia są obliczane za pomocą szeregu geometrycznego i skorygowanego szeregu geometrycznego (szereg Jantego) ze współczynnikiem K.
Można wówczas także obliczyć maksymalną prędkość pojazdu dla każdej przekładni.
