przekladnia_skrzynia_biegow_2.pdf

PRZEKŁADNIA - SKRZYNIA BIEGÓW

Ile biegów i jakie?

Teoretyczne zagadnienia związane z przekładniami, rozpoczęliśmy w poprzednim odcinku

ATM od zagadnień stosunkowo prostych i niekiedy dość oczywistych dla wielu z Czytelników.

W praktyce konstrukcyjnej nie są one jednak tak proste jak mogłoby się wydawać po lekturze

poprzedniej części Akademii.

Uzasadnienie, że tak jest w rzeczywistości, pojawiło się się przy okazji omawiania „Trudnych

pojęć”, kiedy zajęliśmy się zagadnieniami istotnie trudnymi.

Czas teraz na kontynuowanie naszych rozważań. Szczególnie interesująca wydaje się być

odpo- wiedź na pytanie, które zadają sobie nie tylko konstruktorzy ale i użytkownicy

pojazdów: ile biegów i o jakich przełożeniach zapewni nam dobrą dynamikę pojazdu ? ale

również: ile biegów i o jakich przełożeniach zapewni nam możliwie najniższe zużycie paliwa ?

Nie po raz pierwszy dochodzą do głosu dwie skrajne kategorie wymagań: oczekiwanie

dobrych własności trakcyjnych przy jednoczesnym zachowaniu możliwie najmniejszego

zużycia paliwa.

Pytanie o liczbę biegów i wartości kolejnych przełożeń jest szczególnie istotne dla

samochodów ciężarowych, decydować może bowiem o zdolności poruszania się pojazdu w

trudnych warun- kach drogowych i z dużymi ładunkami.

Znaczące jest również to, że pojazd ciężarowy może poruszać się z ładunkiem i bez ładunku,

a dla każdej z wymienionych sytuacji „zapotrzebowanie na siłę napędową” może różnić się

kil- kukrotnie. Dobranie biegów na zasadzie „wartości średniej” sprawi, że pojazd pusty

będzie dysponował nadmiarem siły napędowej, a pojazd z ładunkiem będzie rozwijał siłę zbyt

małą.

Nie sposób więc znaleźć jednej uniwersalnej drogi postępowania, jakkolwiek i tutaj starania

konstruktorów pozwoliły na wypracowanie stosunkowo najlepszych rozwiązań, które, jak już

wielokrotnie pisaliśmy, stanowią rozwiązanie kompromisowe pomiędzy stopniem komplikacji

konstrukcji, ceną i potrzebami użytkownika.

Dobór przełożeń - konieczny kompromis

Widzimy więc, że dobieranie przełożeń w skrzyni biegów musi stanowić rozwiązanie

pośrednie pomiędzy dwiema, właściwie wykluczającymi się skrajnościami: duży efekt za

możliwie naj- mniejszą cenę.

Jak już wspominaliśmy, rozwiązaniem idealnym jest dostosowanie przełożeń skrzyni biegów

do charakterystyki silnika, z którym będzie ona współpracować.

Pożądane jest również „dopasowanie” przełożeń do zakładanego charakteru pracy pojazdu,

a przede wszystkim charakterystyki jazdy: jazda „ekonomiczna”, jazda „sportowa”, jazda

miejska, jazda z dużymi ładunkami, jazda w trudnych warunkach terenowych, itp.

Możliwości takiego dopasowania praktycznie nie stosuje się w przypadku konstruowania

prze- ciętnego i tzw. „seryjnego” samochodu osobowego. Dopasowanie takie jest jednak

konieczne dla samochodów wyczynowych, dla których przełożenia dobiera się zależnie od

charakterystyki toru: liczby zakrętów i stopnia ich trudności, długości odcinków prostych, kąta

nachylenia wzniesień i innych specyficznych czynników.

Dobieranie takie jest również konieczne dla samochodów ciężarowych, kiedy zależnie od

zadania, jakie będzie wykonywał samochód, odpowiednio kształtuje się całkowite wartości

przełożeń układu napędowego.

Założenie, o możliwie najlepszym dopasowaniu wartości przełożeń skrzyni biegów dla samo-

chodu ciężarowego może sprawić, że konieczne będzie wyposażenie go w przekładnię o

liczbie biegów znacznie ( np. dwukrotnie ) większej od liczby biegów zastosowanej w

autobusie komu- nikacji miedzymiastowej.

Dlaczego tak się dzieje - postaramy się odpowiedzieć w prezentowanym Państwu materiale.

Stosunkowo wnikliwe przedstawienie zagadnień związanych ze skrzyniami biegów wynika z

potrzeby wyjaśnienia wielu problemów, jakie związane są np. z pojęciem tzw. nadbiegu lub

ze skrzyniami biegów, w których liczba biegów lub/i ich zestopniowanie odbiegają od tzw.

roz- wiązań klasycznych. Przykładem, może być powszechne traktowanie 4 biegowych

skrzyń bie- gów wyposażonych w nadbieg, jako 5-cio biegowych.

Powstaje przy tym dwojakiego rodzaju nieporozumienie:

- nieprawidłowe nazewnictwo ( pomimo tego, że powszechnie przyjęte ),

- istotna różnica teoretyczna i konstrukcyjna w budowie przekładni 4 - 5 biegowej i 4 - 5

biego- wej z nadbiegiem.

W konstrukcjach współczesnych nie są już tak rygorystycznie przestrzegane ogólne

założenia wynikające z teorii ruchu samochodu. Prawie każdy producent na podstawie

wieloletnich prób oraz doświadczenia płynącego z wcześniejszych konstrukcji opracował

zasady pozwalające najbar- dziej efektywnie projektować i wytwarzać pojazdy. Stąd też

wynikają niekiedy różnice w wartościach parametrów i charakterystykach podzespołów

rzeczywistych i tych wyznaczanych przy wykorzystaniu metod teoretycznych.

Pewne ogólne zasady pozostają jednak nie zmienione i to własnie nimi posługiwać się

będziemy za chwilę.

Współpraca: Silnik – Przekładnia

Przekładnia - skrzynia biegów, sprawia, że „niedoskonały i słaby” silnik może dostarczyć

układowi napędowemu dostatecznie dużą siłę napędową, aby pojazd mógł się poruszać z

założoną prędkością ( w określonych warunkach drogowych ) i przy możliwie najmniejszym

zużyciu paliwa.

Czytelnicy wybaczą odwołanie się w tym miejscu do banalnego przykładu: rower wyposażony

w wielostopniową przekładnię nazywaną potocznie „przerzutką”.

Nie do rzadkości należą rowery wyposażone w 20 i więcej „biegów” tak, aby wysiłek

człowieka był jak najmniejszy przy pokonywaniu oporów ruchu. Podobnie jest z przekładniami

w samochodzie - tutaj też zależy nam na „dopasowaniu” biegu do chwilowego obciążenia

wynikającego ze zmieniających się warunków jazdy. Ponieważ zakres zmian jest w

przypadku samochodu znacznie większy od zakresu zmian wynikających z ruchu roweru

„dopasowanie” takie jest również znacznie trudniejsze.

Jak wspominaliśmy, silnik powinien właściwie współpracować z przekładnią - skrzynią

biegów. To zadanie słyszy się bardzo często w dyskusjach i literaturze fachowej. Bardzo

często przy tej okazji padają również stwierdzenia, że ta czy inna skrzynia biegów nie jest

dobrze dobrana do silnika, że gdyby zmienić przełożenia, silnik mógłby wykazać się pełnią

swoich możliwości.

Istota problemu tkwi w charakterystyce silnika - tzw. charakterystyce mocy cześciowych, a

wła- ściwie w przebiegu dwóch krzywych na tej charakterystyce: krzywej momentu

obrotowego silnika i krzywej jednostkowego zużycia paliwa g e

Przebieg tych dwóch krzywych warunkuje bowiem własności trakcyjne pojazdu oraz ekono-

miczność jego ruchu. Właściwie dobrana skrzynia biegów ( o odpowiednich przełożeniach )

po- zwala kierowcy na takie sterowanie silnikiem, aby pracował on w optymalnym zakresie

momentu obrotowego i zużycia paliwa.

Pomijając szczegóły teoretyczne możemy przyjąć, że dla danej wartości obciążenia silnika

( wy- rażonej np. położeniem pedału gazu ), będzie on pracował statecznie w granicach

prędkości obrotowej większej od prędkości obrotowej maksymalnego momentu obrotowego.

Próba gwałtownego wciśnięcia pedału gazu ( obciążenia silnika ) w zakresie prędkości obro-

towej mniejszej od prędkości obrotowej maksymalnego momentu obrotowego spowoduje, że

silnik ulegnie przeciążeniu i może „nie poradzić sobie” ze zwiększonym obciążeniem.

To właśnie przeciążanie silnika sprawia, że słyszymy „dzwoniące zawory” - silnik stara się

wtedy podołać zwiększonemu obciążeniu i czasem udaje mu się tego dokonać - „dzwoniące

zawory milkną”. Niekiedy jednak ten charakterystyczny dźwięk trwa i gdyby nie reakcja

kierowcy - zmiana biegu - mogłoby dojść do zdławienia silnika.

Stąd właśnie podstwowe założenie o zakresie wykorzystywanych prędkości obrorowych:

n Tsmax - n Psmax .

Oczywiście, im bardziej elastyczny silnik, tym „lepiej poradzi sobie” z przeciążeniem.

Możemy również stwierdzić, że minimalne wartości jednostkowego zużycia paliwa g e znajdują

się „w okolicach” prędkości obrotowej maksymalnego momentu obrotowego ( patrz rys. 1).

Przypomnijmy, że duży moment obrotowy silnika to duża siła napędowa dostarczana do

układu napędowego, duża siła, to duża wartość przyspieszenia, jakie możemy nadać

pojazdowi. Rozważania te prowadzą więc do wniosku: przy określonych warunkach

obciążenia ( wynika- jących z oporów ruchu ), kierowca w sposób naturalny będzie dążył do

utrzymywania prędkości obrotowej silnika bliskiej ( a raczej nieco większej ) od prędkości

obrotowej maksymalnego momentu obrotowego silnika.

Utrzymywanie takich warunków pracy silnika zapewni dużą siłę napędową, a tym samym

dobre przyspieszenie pojazdu ( o ile będzie potrzebne ) i możliwie niskie zużycie paliwa.

Wydawać się więc może, że sytuacja jest prawie idealna: duży efekt - małym kosztem.

W praktyce jednak sytuacja nie jest tak idealna - przyczyna jest bardzo prosta: zmienność

warun- ków drogowych, w jakich porusza się pojazd i prawie nieograniczona liczba

kombinacji para- metrów opisujących te warunki, sprawia, że do osiągnięcia tak optymalnych

warunków pracy sil- nika, jak przedstawiliśmy to wyżej, konieczne byłoby wprowadzenie

przekładni o płynnie zmie- niającej się wartości przełożenia. Przekonamy później się, głównie

ze względów technolo- gicznych nie było i nie jest to takie proste.

Silnik - przekładnia stopniowa

Z konieczności jesteśmy więc „skazani” na przekładnie, w których występują przełożenia o

stałych wartościach, o mniejszej lub większej liczbie biegów ( lub na przekładnie o przełoże-

niach zmieniających się płynnie w pewnych ustalonych zakresach, o których pisać będziemy

później ).

Nie trzeba być znawcą, aby stwierdzić, że „najlepszy” silnik to ten, który posiada „płaską”

charakterystykę momentu obrotowego T s , a tym samym największy zakres „użytecznej”

prędkości obrotowej n u . „Najgorszy” pod tym względem będzie silnik o charakterystyce

środkowej: po pierwsze o małym zakresie „użytecznej” prędkości obrotowej, po drugie o

dużej wartości prędkości obrotowej maksymalnego momentu obrotowego. W określonych

warunkach ruchu samochodu - przy obciążeniach bliskich maksymalnym - tak ukształtowana

charakterystyka silnika może „wymuszać” na kierowcy utrzymywanie wysokiej prędkości

obrotowej silnika i częstą zmianę biegów, aby nie dochodziło spadku prędkości obrotowej

poniżej prędkości n Tsmax .

„Wymuszanie” będzie więc wynikało z warunków, w jakich porusza się pojazd ( np. jazda

miejska wymagająca „szybkiego” przyspieszania ) oraz zamiarów kierowcy - jeśli zdecyduje

się on na jazdę dynamiczną, konieczne będzie utrzymywanie wysokiej prędkości obrotowej

silnika.

Oczywiste jest, że jazda przy niepełnym obciążeniu silnika i z prędkościami obrotowymi

mniej- szymi od n Tsmax będzie możliwa, jednak utrudnione może być np. gwałtowne

przyspieszanie pojazdu. Nagłe zapotrzebowanie na duże przyspieszenie pojazdu ( próba

wyprzedzania ) może „zmusić” kierowcę do przełączenia biegu na niższy; dla pojazdu z

„elastyczną” charakterystyką silnika takie przełączenie może nie być konieczne i silnik będzie

w stanie podołać zapotrze- bowaniu na zwiększoną moc i moment obrotowy.

Budowa

Skrzynia biegów - dwa podstawowe rodzaje

Wspominając o dwóch podstawowych rodzajach klasycznej skrzyni biegów należy odnieść

się do naszych wcześniejszych rozważań o układzie napędowym: klasycznym i

zblokowanym.

Zależnie od tego, z jakim rodzajem układu będziemy mieli do czynienia, konieczne będzie

zastosowanie odpowiedniej skrzyni biegów, tzw. dwu- lub trójwałkowej ( przekładnie

odmienne od typowych „klasycznych” konstrukcji - chwilowo pomijamy ).

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: