LABORATORIUM PODSTAWY BUDOWY POJAZDÓW
Skrzynie rozdzielcze.
Skrzynia rozdzielcza - mechanizm służący do przekazywania mocy z silnika do dwóch (lub więcej) osi napędowych, stosowany w samochodach terenowych oraz innych samochodach z napędem na wszystkie koła. W przypadku samochodów terenowych skrzynia ta, niemal zawsze, pełni także rolę dodatkowej skrzyni biegów udostępniającej dodatkowy zestaw przełożeń do jazdy terenowej - z mniejszą prędkością ale większym momentem obrotowym na kołach, taki przypadek to skrzynia rozdzielczo-redukcyjna, potocznie zwana także reduktorem.
Wejście skrzyni rozdzielczej połączone jest z wyjściem zwykłej skrzyni biegów, obydwie skrzynie zazwyczaj są do siebie bezpośrednio przymocowane (a nawet zintegrowane w jednej obudowie), ale mogą też być zupełnie oddzielne - połączone są wtedy krótkim wałem napędowym.
W samochodach terenowych skrzynia rozdzielcza zazwyczaj wyposażona jest w dźwignię umożliwiającą kierowcy wybór pomiędzy napędem na jedną oś (typowo tylną) a napędem na obie osie, ta sama dźwignia może też służyć do włączania/wyłączania przełożeń terenowych. Istnieją także skrzynie realizujące stały napęd na obie osie, aby możliwe było korzystanie z takiego napędu na drogach utwardzonych skrzynia taka musi posiadać centralny (międzyosiowy) mechanizm różnicowy, w samochodach terenowych takie skrzynie umożliwiają włączenie/wyłączenie blokady swojego mechanizmu różnicowego.
Przekładnia zębata - przekładnia mechaniczna, w której przeniesienie napędu odbywa się za pośrednictwem nawzajem zazębiających się kół zębatych.
Przekładnie rozróżnia się ze względu na:
Ilość stopni:
przekładnia jednostopniowa - w której współpracuje jedna para kół zębatych,
przekładnia wielostopniowa np. dwustopniowa, trzystopniowa itd. - w której szeregowo pracuje więcej par kół zębatych; przełożenie całkowite przekładni wielostopniowej jest iloczynem przełożeń poszczególnych stopni.
Umiejscowienie zazębienia:
zazębienie zewnętrzne,
zazębienie wewnętrzne.
Rodzaj przenoszonego ruchu:
przekładnia obrotowa - uczestniczą w niej dwa koła zębate,
przekładnia liniowa - koło zębate współpracuje z listwą zębatą tzw. zębatką. Ruch obrotowy zamieniany jest w posuwisty lub na odwrót.
Wzajemne usytuowanie osi obrotu:
przekładnia czołowa - w której obie osie obrotu leżą w jednej płaszczyźnie. Takie przekładnie występują w dwóch odmianach:
przekładnia walcowa - przekładnia zębata o kołach walcowych, o równoległych osiach, leżących w tej samej płaszczyźnie. Przekładnie walcowe są najczęściej używanymi przekładniami zębatymi. Zwykle posiadają zęby proste lub skośne, rzadziej daszkowe lub śrubowe. Koła zębate mogą być zazębione zewnętrznie lub wewnętrznie,
przekładnia stożkowa - przekładnia zębata o osiach prostopadłych. W przekładni takiej występują dwa koła, których zarysy głów zębów tworzą powierzchnię stożków toczących się po sobie. Istnieje wiele różnych konstrukcji przekładni stożkowych, w których zęby mogą być: zbieżne (o zmiennej wysokości) lub o stałej wysokości. W zależności od kształtu zęba wyróżnia się przekładnie: proste, śrubowe, łukowe. Przekładnie stożkowe stosuje się wszędzie tam, gdzie konieczna jest prostopadła zmiana kierunku przekazania mocy,
przekładnia śrubowa (zębata) - w której osie obrotu leżą w dwóch różnych płaszczyznach. Takie przekładnie występują w dwóch odmianach:
przekładnia hiperboloidalna - przekładnia zębata o kołach walcowych z zębami śrubowymi. Przekładnie tego typu mają osie zwichrowane. Kąt pomiędzy osiami Σ jest sumą kątów pochylenia zęba w obu kołach zębatych β1 i β2. Dąży się do tego, by wartości kątów były bliskie sobie, gdyż wtedy udział tarcia w pracy zazębienia jest zminimalizowany. Jako że w przekładniach tego typu styk zębów ma charakter punktowy, nadają się one do przenoszenie tylko niewielkich obciążeń,
przekładnia ślimakowa - przekładnia zębata o osiach prostopadłych leżących w dwóch różnych płaszczyznach. W przekładniach ślimakowych współpracują dwa elementy o odmiennej konstrukcji: ślimak (wirnik śrubowy z gwintem trapezowym, zwykle wykonywany ze stali hartowanej) i ślimacznica (koło zębate z zębami śrubowymi, wklęsłe w przekroju wzdłużnym, zwykle wykonane z żeliwa lub z brązu).
Przekładnie zębate są najpowszechniej stosowanymi przekładniami w budowie maszyn. Ich główne zalety, to:
łatwość wykonania,
stosunkowo małe gabaryty,
stosunkowo cicha praca, gdy odpowiednio smarowane,
duża równomierność pracy,
wysoka sprawność dochodzącą do 98% (z wyjątkiem przekładni ślimakowej i falowej).
Natomiast do wad przekładni zębatych należą:
stosunkowo niskie przełożenie dla pojedynczego stopnia,
sztywna geometria,
brak naturalnego zabezpieczenia przed przeciążeniem.
Oddzielną grupą przekładni zębatych są przekładnie obiegowe, przekładnie falowe i przekładnie zębate o zmiennym przełożeniu.
Przekładnia zębata o zmiennym przełożeniu jest szczególnym rodzajem przekładni zębatych o specjalnych własnościach i przeznaczeniu. Podczas gdy zwykła przekładnia jest zoptymalizowane pod kątem przenoszenia napędu na element współpracujący z maksymalną sprawnością, przekładnia o zmiennym przełożeniu może mieć za zadanie generowanie pulsacji w napędzie, cykliczne zmiany odległości osi i inne. Zakres możliwych zastosowań jest ograniczony tylko wyobraźnią wynalazcy i zawiera maszyny włókiennicze, potencjometry i przekładnie bezstopniowe.
Parę zwykłych kół zębatych można przedstawić jako dwa koła, toczące się po sobie bez poślizgu. W przypadku przekładni o zmiennym przełożeniu koła te zastąpione są innymi figurami geometrycznymi. Z tego powodu elementy pracujące w takich przekładniach nie są zazwyczaj kołami.
Ogólnie przekładnie zębate o zmiennym przełożeniu powinny spełniać wszystkie wymogi odnoszące się do zwykłych przekładni zębatych, ale w niektórych przypadkach np. uzyskanie dopuszczalności zmian odległości osi może się okazać niemożliwe i takie przekładnie wymagają zawężonych tolerancji wykonania oraz pojawiają się problemy z ich montażem. Ze względu na skomplikowaną geometrię elementy pracujące w takich przekładniach mają zwykle prostą linię zęba, a do ich wytwarzania stosuje się technologie formowania i obróbki elektroiskrowej zamiast metod obwiedniowych.
Przekładnia obiegowa lub planetarna - przekładnia zębata, w której jedno lub więcej kół nie ma ustalonej osi obrotu. Typowa przekładnia obiegowa składa się z kół głównych (1) i (3) (zwanych także centralnymi lub słonecznymi) oraz kół obiegowych (2) (planetarnych) zainstalowanych na jarzmie (4). Kół obiegowych jest zwykle para lub więcej.
Przekładnia obiegowa może uzyskać dużo większe przełożenia niż zwykła przekładnia zębata.
Szczególnym przypadkiem przekładni obiegowej jest przekładnia różnicowa. W takiej przekładni napęd z jarzma za pośrednictwem kół obiegowych (2 i 2') przenoszony jest na dwa koła główne (1) i (3). W takiej przekładni żaden z elementów nie jest unieruchomiony i następuje rozpływ mocy do dwóch odbiorników (np. kół napędowych) zainstalowanych na półosiach kół (1) i (3). Prędkości obrotowe tych kół także dostosowują się do okoliczności. Przekładnie różnicowe stosuje się w pojazdach, w mechanizmach różnicowych.
Zwolnica - przekładnia zębata montowana przy kołach napędowych w niektórych pojazdach użytkowych i terenowych. Zwolnice stosuje się głównie w celu zwiększenia momentu obrotowego a tym samym zmniejszenia obrotów dopiero na kołach, dzięki czemu wszystkie inne elementy układu przeniesienia napędu pracują na większych obrotach a przy mniejszych momentach obrotowych mogą być mniejsze i lżejsze. Dzięki zastosowaniu zwolnic można również zwiększyć lub zmniejszyć (na przykład w autobusach niskopodłogowych) prześwit pod pojazdem.
Mechanizm różnicowy (przekładnia różnicowa), potocznie dyferencjał - przekładnia mechaniczna zębata, wynaleziona przez Carla Friedricha Benza, stosowana w układzie napędowym pojazdów.
Mechanizm różnicowy w pojazdach ma za zadanie kompensację różnicy prędkości obrotowej półosi kół osi napędowej podczas pokonywania przez nie torów o różnych długościach, w przypadku pojazdów z napędem na więcej niż jedną oś może występować także dodatkowy centralny (międzyosiowy) mechanizm różnicowy w skrzyni rozdzielczej kompensujący różnicę prędkości obrotowej pomiędzy osiami napędowymi. Zapobiega to wytwarzaniu się zbędnych naprężeń w układzie przeniesienia napędu, które przyczyniają się do szybszego zużycia opon, przekładni, zwiększenia spalania paliwa, oraz mogą prowadzić do ukręcenia półosi. Zjawisko to występuje głównie podczas pokonywania zakrętów, jazdy po nierównym terenie itp.
Rys. Mechanizm różnicowy w trakcie pracy z jednakowym obciążeniem obu półosi.
Rys. Mechanizm różnicowy w trakcie pracy z zablokowaną jedną półosią.
Działanie klasycznego mechanizmu różnicowego polega na przekazywaniu jednakowego momentu obrotowego na oba koła niezależnie od napotykanego oporu. W efekcie to koło, które ma mniejsze opory toczenia może obracać się szybciej od koła, które wymaga większego momentu do jego poruszenia. Suma prędkości obrotowej kół jest jednak zawsze dwukrotnie większa od prędkości obrotowej wału napędowego połączonego z mechanizmem różnicowym (przy założeniu, że przełożenie w tym mechanizmie wynosi 1:1 - jeśli nie, to dodatkowo trzeba pomnożyć prędkość obrotową wchodzącą do mechanizmu przez jego przełożenie).
