6
POD.NAD-TS-TS-3
Lekcja 22
Temat: Ogólna budowa, zadania i rodzaje układów napędowych
Do układu napędowego należą następujące zespoły: sprzęgła, skrzynie biegów, wały napędowe, skrzynia rozdzielcza (przekładnia rozdzielcza), skrzynia redukcyjna (przekładnia redukcyjna), przekładnia główna, mechanizmy różnicowe, półosie (most napędowy to zwarty zespół składający się z obudowy, w której znajduje się: przekładnia główna, która z kolei może posiadać przekładnie redukcyjną oraz przekładnie rozdzielczą, mechanizm różnicowy, półosie).
Poszczególne zespoły układu napędowego mogą być różnie rozmieszczone zależy to przede wszystkim od usytuowania silnika oraz od tego, do której osi jest doprowadzany napęd. Ze względu na położenie zespołu napędowego (silnik, sprzęgło, skrzynia biegów) w stosunku do kół napędowych rozróżnia się pojazdy samochodowe:
Ø z przednim zespołem napędowym i napędem na tylne koła (układ klasyczny – silnik umieszczony z przodu napędzane koła tylne),
Ø z tylnym zespołem napędowym i napędem na tylne koła (silnik umieszczony z tyłu, napędzane są koła tylne),
Ø z przednim zespołem napędowym i napędem na koła przednie (silnik umieszczony z przodu, napędzane są koła przednie),
Ø z przednim zespołem napędowym i napędem na wszystkie koła.
Zadaniem układu napędowego jest przeniesienie mocy silnika do kół napędowych pojazdu i uzyskanie takich przełożeń momentu obrotowego silnika, jaki jest potrzebny do uzyskania odpowiednio dużej siły napędowej na kołach pojazdu w celu pokonania oporów ruchu lub uzyskania dużej prędkości jazdy. Zespoły układu napędowego powinny spełniać następujące wymagania:
Ø umożliwiać ruszanie pojazdów z miejsca na nawierzchniach o różnej przyczepności i o różnym kącie nachylenia drogi,
Ø umożliwiać osiąganie dużych przyspieszeń i maksymalnej prędkości w czasie jazdy,
Ø zapewniać jazdę do tyłu,
Ø umożliwiać jazdę manewrową z małymi prędkościami,
Ø zapewniać możliwość odbioru mocy z układu napędowego oraz przekazanie tej mocy do urządzeń zamontowanych na nadwoziu samochodu w celu ich napędu,
Ø zapewniać możliwość odłączania układu przeniesienia napędu od silnika,
Ø zapewniać łatwość obsługi podczas jazdy i wykonywania czynności obsługowo naprawczych,
Ø zapewniać niezawodność i trwałość w czasie eksploatacji oraz spełnianie obowiązujących norm w zakresie ochrony środowiska.
Spełnianie przez układ napędowy powyższych wymagań w sposób optymalny możliwe jest dzięki odpowiedniemu dobraniu parametrów kinematycznych kształtujących charakterystykę ruchową pojazdu takich jak: prędkość maksymalna, wartość wskaźnika dynamicznego na pierwszym i najwyższym biegu, rozmiar ogumienia, przebieg momentu obrotowego silnika oraz parametrów konstrukcyjnych związanych z rodzajem transportowanego materiału, dopuszczalną masą całkowitą pojazdu, warunkami eksploatacji. W tym celu w układzie napędowym zastosowano sprzęgło, przekładnie główną o stałym przełożeniu, przekładnie o zmiennym przełożeniu w postaci skrzyni biegów, przekładnie dodatkowe (rozdzielcze, redukcyjne).
Ze względu na sposób przekazywania momentu obrotowego do kół napędowych pojazdu możemy wyróżnić układy napędowe szeregowe i równoległe oraz szeregowo – równoległe (mieszane) rys.22.1.
a) szeregowy układ napędowy
b) równoległy układ napędowy
c) szeregowo – równoległy układ napędowy
Rys.22.1 Schematy układów napędowych pokazujące sposób przekazywania momentu obrotowego do kół napędzanych
Szeregowy układ napędowy mostu środkowego i tylnego samochodu SCANIA przedstawia rys.22.2.
Rys.22.2 Napęd szeregowy dwóch mostów napędowych: 1 i 2 – koła zębate przekładni walcowej, 3 – wałek wejściowy, 4 – wałek napędzający przekładni głównej środkowego mostu napędowego, 5 – przekładnia główna środkowego mostu napędowego, 6 – złącze kołnierzowe, 7 – przekładnia główna tylnego mostu napędowego, 8 – międzymostowy mechanizm różnicowy, 9 – wał napędowy, 10 – drążki reakcyjne
W moście środkowym rys.22.2 zastosowano przekładnię walcową złożoną z dwóch kół zębatych 1 i 2. Przełożenie tej przekładni jest równe 1. Koło zębate 1 jest osadzone na wałku wejściowym 3, a koło zębate 2 na wałku napędzającym 4 przekładni głównej 5 mostu środkowego. Moment obrotowy ze skrzyni biegów jest przekazywany przez złącze kołnierzowe na wałek wejściowy 3. Z wałka wejściowego 3 moment obrotowy poprzez koła zębate 1 i 2 jest przenoszony do przekładni głównej 5 mostu środkowego. Przekładnia główna 7 mostu tylnego jest napędzana przez wałek wejściowy 3, międzymostowy mechanizm różnicowy 8 i wał napędowy 9. Drążki reakcyjne 10 są elementami prowadzącymi w zawieszeniu mostów napędowych.
Samochody, które muszą poruszać się w różnych warunkach drogowych, a zwłaszcza w trudnym terenie wyposaża się w układ jezdny z kilkoma osiami napędowymi. Podział momentu obrotowego, który przekazywany jest ze skrzyni biegów pomiędzy poszczególne mosty napędowe następuje w skrzyni rozdzielczej rys.22.3.
Najprostsze skrzynki rozdzielcze posiadają jedno stałe przełożenie, najczęściej 1:1 lub bliskie jedności.
Skrzynki rozdzielcze mogą być samodzielnym zespołem układu napędowego oraz mogą być zintegrowane ze skrzynią biegów, przekładnią głowiną jednego z mostów napędowych. Oddzielne skrzynki rozdzielcze znajdują przeważnie zastosowanie w równoległych układach napędowych typu 4x4, 6x6, 8x6, 8x8 itp.
Kolejnym kryterium klasyfikacji układów napędowych ze względu na właściwości trakcyjne samochodu jest stosunek liczby kół napędzanych do całkowitej liczby kół samochodu. Zakładając, że każda oś pojazdu ma dwa koła niezależnie od tego czy posiada ogumienie pojedyncze czy bliźniacze to kombinacje układu jezdnego przedstawia się za pomocą oznaczeń literowych AxB lub AxBxC, gdzie A oznacza całkowitą liczbę kół, B oznacza liczbę kół napędzanych, C oznacza liczbę kół kierowanych. Różne warianty przeniesienia napędu na koła samochodu przedstawia rys.22.4.
a) dla samochodów dwuosiowych
b) dla samochodów trzyosiowych
c) dla samochodów czteroosiowych
d) dla samochodów pięcioosiowych
Rys.22.4 Konfiguracje układu jezdnego; koła zakreskowane oznaczają osie napędzane
Rozwiązania konstrukcyjne układu napędowego ciągnika siodłowego pokazano na rys.22.5
Rys.22.5 Układ napędowy ciągnika siodłowego
Napęd hybrydowy samochodu ciężarowego, dopuszczalna masa całkowita pojazdu od 5 do 6,5 t, masa własna pojazdu 2,8 t, ładowność 3 t rys.22.6. Samochód posiada silnik elektryczny o mocy 35 kW (48 KM), którego maksymalny moment obrotowy wynosi 200 Nm oraz silnik wysokoprężny czterocylindrowy, 16 zaworowy o pojemności 2977 cm3, mocy maksymalnej 92 kW (125 KM) z układem zasilania common rail, którego maksymalny moment obrotowy wynosi 294 Nm.
Rys.26.6 Hybrydowy układ napędowy samochodu ciężarowego
W hybrydowym układzie napędowym tego samochodu moc i moment obrotowy silnika przekazywane są na tylne koła samochodu za pośrednictwem zautomatyzowanej przekładni INOMAT – II. Jest to skrzynia mechaniczna nieposiadająca synchronizatorów, rozłączanie i załączanie sprzęgła oraz położenie lewarka podczas rozłączania i załączania poszczególnych przełożeń w skrzyni biegów odbywa się przez siłowniki sterowane elektronicznie. W tym zespole napędowym nie są generowane straty mocy jak to ma miejsce w automatycznych skrzyniach biegów ze sprzęgłem hydrokinetycznym, a dzięki szybkiej zmianie biegów można uniknąć strat prędkości podczas wjazdu na wzniesienie oraz można hamować silnikiem. Na postoju po przełożeniu dźwigni w położenie neutralne silnik spalinowy gaśnie, jeżeli włączony jest system ISS (Idling Stop & Start). Samochód wyposażony jest w układ (system) zapobiegający się jego cofaniu podczas ruszania pod górę.
Układy napędowe 4x4 (4WD, AWD) w samochodach osobowych, terenowych, dostawczych stosowane są w celu poprawy dynamiki ruchu pojazdu, zwiększenia ich zdolności do pokonywania wzniesień, ciągnięcia przyczep, zwiększenia bezpieczeństwa czynnego po przez uzyskanie korzystniejszych własności trakcyjnych szczególnie na nawierzchniach drogi o mniejszej przyczepności.
Istnieje wiele rozwiązań konstrukcyjnych układów napędowych 4x4, na rys.27.7 pokazano jedne z wielu stosowanych w samochodach osobowych.
Rys.22.7 Schematy pokazujące rozwiązania konstrukcyjne napędu 4x4 stosowane w samochodach osobowych
Układ napędowy 4x4 w samochodzie terenowym ze skrzynią rozdzielczą i reduktorem przedstawia rys.22.8 z napędem stale przekazywanym na koła tylne z możliwością załączenia napędu na koła przednie w czasie jazdy pod warunkiem, że prędkość nie przekracza 40 km/h, napęd na koła przednie przekazywany jest w skrzyni rozdzielczej przez przekładnię łańcuchową
Rys.22.8 Rozwiązania konstrukcyjne układów napędowych 4x4
Maksymalna wartość siły napędowej na kołach pojazdu ograniczona jest przyczepnością kół do nawierzchni drogi. Jeżeli siła napędowa przekroczy wartość siły przyczepności to, koła które stopniowo tracą przyczepność zwiększają swoją prędkość obrotową i dążą do pełnego poślizgu (czyli obracania się w miejscu) w przypadku utraty przyczepności. Aby temu zapobiec można w układzie napędowym zastosować mechanizmy, które pozwolą na przekazanie określonej wartości siły napędowej z kół o mniejszej przyczepności na koła o przyczepności większej, może to odbywać się między kołami tej samej osi lub między kołami osi napędzanych.
Wartość siły przyczepności można zwiększyć zwiększając naciski na oś kół napędzanych. Ten sposób zwiększania przyczepności ograniczony jest dopuszczalną wartością obciążenia osi, która wynika z nawierzchni drogi. Dotyczy to głownie samochodów ciężarowych o dużej ładowności i ciągników. W tych pojazdach w celu zwiększenia siły napędowej stosuje się napędzanie większej liczby osi, co pozwala również zwiększyć ich ładowność.
W układach napędowych pojazdów, w których kilka osi jest napędzanych zauważ, że występują podobne zespoły do tych, które tworzą strukturę układu napędowego w pojazdach napędzanych na jedną oś.
W układach, w których napęd przenoszony jest na kilka osi stosowane są dodatkowe zespoły umożliwiające doprowadzenie momentu obrotowego silnika do tych osi. Zespołami tymi są skrzynie rozdzielcze i międzyosiowe mechanizmy różnicowe. Te ostatnie pozwalają na obracanie się kół napędowych poszczególnych osi napędzanych z różną prędkością obrotową, działają one na podobnej zasadzie jak mechanizmy różnicowe w moście napędowym i mogą być również blokowane.
kaka93pl